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​ = 20 ΩR3​ = 20 Ω+−V1​30 VR2​10 ΩIR2​AR4​5 ΩB

Знайдіть струм IR2 через R2.

V1 = 30 VR1 = 20 ΩR2 = 10 ΩR3 = 20 ΩR4 = 5 Ω
IR2 = A
2.Послідовні й паралельні резисториСкладна
R1​ = 8 ΩR3​ = 25 ΩR5​ = 3 Ω+−V1​10 VR2​30 ΩIR2​AR4​12 ΩBR6​8 Ω

Знайдіть струм IR2 через R2.

V1 = 10 VR1 = 8 ΩR2 = 30 ΩR3 = 25 ΩR4 = 12 ΩR5 = 3 ΩR6 = 8 Ω
IR2 = A
3.Метод вузлових потенціалівСередня
−+Vs​ = 3 VIs​1,5 AAR1​5 ΩR2​8 ΩB

Джерело напруги Vₛ між A і B має затискач + біля B, тож забезпечує VB − VA = Vₛ. Методом вузлових потенціалів із надвузлом знайдіть вузлову напругу VB (відносно землі).

Is = 1,5 AVs = 3 VR1 = 5 ΩR2 = 8 Ω
VB = V
4.Метод вузлових потенціалівСкладна
R1​ = 25 Ω+−Vs​ = 8 V+−V1​36 VR2​10 ΩAR3​15 ΩBIs​5 A

Джерело напруги Vₛ між A і B має затискач + біля A, тож забезпечує VA − VB = Vₛ. Методом вузлових потенціалів із надвузлом знайдіть вузлову напругу VB (відносно землі).

V1 = 36 VIs = 5 AVs = 8 VR1 = 25 ΩR2 = 10 ΩR3 = 15 Ω
VB = V
5.Метод контурних струмівСередня
R1​ = 12 ΩR2​ = 15 Ω+−V1​24 VR3​8 Ω+−VR3​A+−V2​15 VI1​I2​

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

V1 = 24 VV2 = 15 VR1 = 12 ΩR2 = 15 ΩR3 = 8 Ω
VR3 = V
6.Метод контурних струмівСкладна
R1​ = 20 ΩR2​ = 20 ΩR3​ = 20 Ω+−V1​24 VR4​25 ΩAR5​3 ΩB+−V2​18 VI1​I2​I3​

Скористайтеся методом контурних струмів, щоб знайти контурний струм I3 (за годинниковою стрілкою).

V1 = 24 VV2 = 18 VR1 = 20 ΩR2 = 20 ΩR3 = 20 ΩR4 = 25 ΩR5 = 3 Ω
I3 = A
7.Метод накладанняСередня
R1​ = 8 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​10 VR2​12 ΩIR2​AR4​12 ΩBIs​1 A

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

V1 = 10 VIs = 1 AR1 = 8 ΩR2 = 12 ΩR3 = 6 ΩR4 = 12 Ω
IR2 = A
8.Метод накладанняСкладна
R1​ = 30 ΩR2​ = 8 ΩR4​ = 20 Ω+−V1​30 VR3​2 ΩIR3​AIs​2,5 AB+−V2​?

Знайдіть значення джерела напруги V2 (полярність як на схемі), за якого струм IR3 через R3 дорівнює нулю.

V1 = 30 VIs = 2,5 AR1 = 30 ΩR2 = 8 ΩR3 = 2 ΩR4 = 20 Ω
V2 = V
9.Тевенен і НортонСередня
R1​ = 8 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​12 VR2​6 ΩARL​3 ΩIL​B

До a–b підключено навантаження RL = 3 Ω. Замініть решту кола еквівалентом Тевенена і знайдіть струм навантаження IL.

V1 = 12 VR1 = 8 ΩR2 = 6 ΩR3 = 8 ΩRL = 3 Ω
IL = A
10.Тевенен і НортонСкладна
R1​ = 2 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​18 VR2​15 ΩAIs​6 ABRL​25 ΩIL​

До a–b підключено навантаження RL = 25 Ω. За допомогою еквівалента Тевенена знайдіть потужність PL, що передається навантаженню.

V1 = 18 VIs = 6 AR1 = 2 ΩR2 = 15 ΩR3 = 10 ΩRL = 25 Ω
PL = W
11.Схеми з операційними підсилювачамиСередня
−+Vout​Rf​ = 100 kΩR1​ = 47 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 = 47 kΩRf = 100 kΩVsat = ±14 V
Vin,max = V
12.Схеми з операційними підсилювачамиСкладна
−+Vout​Rf​ = 22 kΩV1​ = 2 VR1​ = 10 kΩV2​ = 1,7 VR2​ = 100 kΩIf​

Сумувальний підсилювач використовує ідеальний ОП, що живиться від ±15 V. Знайдіть струм If через резистор зворотного зв’язку, що тече до виходу.

V1 = 2 VV2 = 1,7 VR1 = 10 kΩR2 = 100 kΩRf = 22 kΩ
If = mA
13.Перехідні процеси RC і RLСередня
+−Vs​6 Vt = 0R = 50 ΩL33 mHi(t)

До замикання вимикача в момент t = 0 струму через котушку немає. Через який час після замикання вимикача струм досягне 95% кінцевого значення? Знайдіть t.

Vs = 6 VR = 50 ΩL = 33 mH
t = ms
14.Перехідні процеси RC і RLСкладна
+−Vs​9 Vt = 0R = ?C100 µF+−vC​

Таймер при t = 0 починає заряджати незаряджений конденсатор через резистор від джерела 9 V. Він має спрацювати, коли напруга на конденсаторі досягне 4,5 V, рівно через 25 ms після старту. При C = 100 µF знайдіть потрібний опір R.

Vs = 9 VVth = 4,5 VT = 25 msC = 100 µF
R = kΩ

3Розчини

1.Послідовні й паралельні резистори

Відповідь: IR2 = 0,7895 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​ = 20 ΩR3​ = 20 Ω+−V1​30 VR2​10 ΩAR4​5 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 + 5 = 25 Ω
R2 ∥ 25 = 10·25/(10+25) = 7,143 Ω
Req = R1 + 7,143 = 20 + 7,143 = 27,14 Ω

Струм джерела

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

IR1 = V1/Req = 30/27,14 = 1,105 A

Струм через R₂

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

VA = V1 − IR1·R1 = 30 − 1,105·20 = 7,895 V
IR2 = VA/R2 = 7,895/10 = 0,7895 A

Відповідь

IR2 = 0,7895 A
2.Послідовні й паралельні резистори

Відповідь: IR2 = 0,2183 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​ = 8 ΩR3​ = 25 ΩR5​ = 3 Ω+−V1​10 VR2​30 ΩAR4​12 ΩBR6​8 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 = 3 + 8 = 11 Ω
R4 ∥ 11 = 5,739 Ω
R3 + 5,739 = 30,74 Ω
R2 ∥ 30,74 = 15,18 Ω
Req = R1 + 15,18 = 8 + 15,18 = 23,18 Ω

Струм джерела

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

IR1 = V1/Req = 10/23,18 = 0,4314 A

Струм через R₂

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

VA = V1 − IR1·R1 = 10 − 0,4314·8 = 6,549 V
IR2 = VA/R2 = 6,549/30 = 0,2183 A

Відповідь

IR2 = 0,2183 A
3.Метод вузлових потенціалів

Відповідь: VB = 6,462 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.

Утворіть надвузол

Струм через джерело напруги між A і B невідомий, тож ЗСК не можна записати для A чи B окремо. Об’єднайте A, B і джерело в один надвузол: струм, що входить у нього, дорівнює струму, що виходить.

VB = VA + Vs = VA + 3
VA/R1 + VB/R2 = Is

Розв’яжіть

VA/5 + (VA + 3)/8 = 1,5
VA = (1,5 − 3/8)/(1/5 + 1/8) = 3,462 V
VB = 3,462 + 3 = 6,462 V

Відповідь

VB = 6,462 V
4.Метод вузлових потенціалів

Відповідь: VB = 25,74 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.

Утворіть надвузол

Струм через джерело напруги між A і B невідомий, тож ЗСК не можна записати для A чи B окремо. Об’єднайте A, B і джерело в один надвузол: струм, що входить у нього, дорівнює струму, що виходить.

VB = VA − 8
(VA − V1)/R1 + VA/R2 + VB/R3 = Is

Розв’яжіть

(VA − 36)/25 + VA/10 + (VA − 8)/15 = 5
VA·(1/25 + 1/10 + 1/15) = 5 + 36/25 + 8/15 = 6,973
VA = 6,973/0,2067 = 33,74 V
VB = 25,74 V

Відповідь

VB = 25,74 V
5.Метод контурних струмів

Відповідь: VR3 = 10,91 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​ = 12 ΩR2​ = 15 Ω+−V1​24 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
12·I1 + 8(I1 − I2) = 24
20·I1 − 8·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
15·I2 + 8(I2 − I1) = (−15)
−8·I1 + 23·I2 = −15

Розв’яжіть

Δ = (20)(23) − (−8)(−8) = 396
I1 = Δ1/Δ = 432/396 = 1,091 A
I2 = Δ2/Δ = −108/396 = −0,2727 A

Відповідь

IR3 = I1 − I2 = 1,364 A
VR3 = IR3·R3 = 1,364·8 = 10,91 V

Від’ємний контурний струм тече проти годинникової стрілки.

6.Метод контурних струмів

Відповідь: I3 = −0,7401 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​ = 20 ΩR2​ = 20 ΩR3​ = 20 Ω+−V1​24 VR4​25 ΩAR5​3 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
20·I1 + 25(I1 − I2) = 24
45·I1 − 25·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 + 25(I2 − I1) + 3(I2 − I3) = 0
−25·I1 + 48·I2 − 3·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
20·I3 + 3(I3 − I2) = (−18)
−3·I2 + 23·I3 = −18

Розв’яжіть

Δ = визначник матриці коефіцієнтів = 34900
I1 = Δ1/Δ = 24930/34900 = 0,7143 A
I2 = Δ2/Δ = 11370/34900 = 0,3258 A
I3 = Δ3/Δ = −25830/34900 = −0,7401 A

Відповідь

I3 = −0,7401 A

Від’ємний контурний струм тече проти годинникової стрілки.

7.Метод накладання

Відповідь: IR2 = −0,6053 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​10 VR2​12 ΩAR4​12 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+12 = 18 Ω
R2 ∥ (R3+R4) = 12·18/(12+18) = 7,2 Ω
VA = 10·7,2/(8+7,2) = 4,737 V
VB = VA·R4/(R3+R4) = 4,737·12/18 = 3,158 V
IR2′ = (0 − VA)/R2 = (0 − 4,737)/12 = −0,3947 A
R1​ = 8 ΩR3​ = 6 ΩКЗR2​12 ΩAR4​12 ΩBIs​1 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 = 8·12/(8+12) = 4,8 Ω
Req = R4 ∥ (R3+R1∥R2) = 12 ∥ 10,8 = 5,684 Ω
VB = Is·Req = 1·5,684 = 5,684 V
VA = VB·(R1∥R2)/(R3+R1∥R2) = 5,684·4,8/10,8 = 2,526 V
IR2″ = (0 − VA)/R2 = (0 − 2,526)/12 = −0,2105 A

Додайте складові

IR2 = IR2′ + IR2″
IR2 = (−0,3947) + (−0,2105) = −0,6053 A

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

8.Метод накладання

Відповідь: V2 = 22 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​ = 30 ΩR2​ = 8 ΩR4​ = 20 Ω+−V1​30 VR3​2 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) = 2 ∥ 28 = 1,867 Ω
VA = 30·1,867/(30+1,867) = 1,757 V
VB = VA·R4/(R2+R4) = 1,757·20/28 = 1,255 V
R1​ = 30 ΩR2​ = 8 ΩR4​ = 20 ΩКЗR3​2 ΩAIs​2,5 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. Стрілка Iₛ спрямована вниз, від його вузла, тож Iₛ відбирає струм із цього вузла: його доданок входить зі знаком мінус.

R1 ∥ R3 = 1,875 Ω, тож лівий шлях — R2+1,875 = 9,875 Ω
Req = R4 ∥ 9,875 = 6,611 Ω
VB = −Is·Req = −2,5·6,611 = −16,53 V
VA = VB·1,875/9,875 = −3,138 V

Випадок 3 · діє лише V2, на один вольт

V₁ стає коротким замиканням, а Iₛ — розривом. R₁ ∥ R₃ відходить від A, послідовно з R₂ назад до B.

R1 ∥ R3 = 1,875 Ω
VA‴ = V2·1,875/(20 + 8 + 1,875) = 0,06276·V2

Прирівняйте VA до нуля

При VA = 0 напруга на R₃ відсутня, тож струм через нього дорівнює нулю.

VA′ + VA″ + VA‴ = 1,757 + (−3,138) + 0,06276·V2 = 0
V2 = 1,381/0,06276 = 22 V

Відповідь

V2 = 22 V
9.Тевенен і Нортон

Відповідь: IL = 0,3564 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​ = 8 ΩКЗR2​6 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 = 8·6/(8+6) = 3,429 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 3,429 + 8 = 11,43 Ω
R1​ = 8 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​12 VR2​6 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) = 12·6/(8+6) = 5,143 V
Rth​ = 11,43 Ω+−Vth​5,143 VRL​3 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) = 5,143/(11,43 + 3) = 0,3564 A
10.Тевенен і Нортон

Відповідь: PL = 55,35 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​ = 2 ΩR3​ = 10 ΩКЗR2​15 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 = 2·15/(2+15) = 1,765 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 1,765 + 10 = 11,76 Ω
R1​ = 2 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​18 VR2​15 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) = 15,88 + (−6)·1,765 = 5,294 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 5,294 + (−6)·10 = −54,71 V
Rth​ = 11,76 Ω−+Vth​54,71 VRL​25 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) = −54,71/(11,76 + 25) = −1,488 A
PL = IL²·RL = −1,488²·25 = 55,35 W
11.Схеми з операційними підсилювачами

Відповідь: Vin,max = 4,476 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 + 100/47 = 3,128

Найбільший вхідний сигнал без обмеження

Vin,max = Vsat/|Av| = 14/3,128 = 4,476 V

Відповідь

Vin,max = 4,476 V
12.Схеми з операційними підсилювачами

Відповідь: If = 0,217 mA

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 = 2/10 = 0,2 mA
I2 = V2/R2 = 1,7/100 = 0,017 mA
If = I1 + I2 = 0,217 mA

Відповідь

If = 0,217 mA
13.Перехідні процеси RC і RL

Відповідь: t = 1,977 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 = 33 mH / 50 Ω = 0,66 ms
i(∞) = Vs/R = 6/50 = 0,12 A

Виразіть час

0,95 = 1 − e−t/τ → t = −τ·ln(1 − 0,95)
t = −0,66·ln(0,05) = 1,977 ms

Відповідь

t = 1,977 ms
14.Перехідні процеси RC і RL

Відповідь: R = 0,3607 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

4,5 = 9·(1 − e−25/τ) → τ = 25/ln(9/(9 − 4,5))
τ = 25/0,6931 = 36,07 ms

Опір

kΩ помножити на µF дає мілісекунди.

R = τ/C = 36,07/100 = 0,3607 kΩ

Відповідь

R = 0,3607 kΩ

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