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​ = 4 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​30 VR2​15 ΩAR4​8 ΩB

Знайдіть еквівалентний опір Req, який бачить джерело V1.

V1 = 30 VR1 = 4 ΩR2 = 15 ΩR3 = 8 ΩR4 = 8 Ω
Req = Ω
2.Послідовні й паралельні резисториСкладна
R1​ = 10 ΩR3​ = 2 ΩR5​ = 10 Ω+−V1​9 VR2​6 ΩIR2​AR4​15 ΩBR6​5 Ω

Знайдіть струм IR2 через R2.

V1 = 9 VR1 = 10 ΩR2 = 6 ΩR3 = 2 ΩR4 = 15 ΩR5 = 10 ΩR6 = 5 Ω
IR2 = A
3.Метод вузлових потенціалівСередня
R1​ = 10 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​30 VR2​12 ΩAR4​10 ΩBIs​2 A

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

V1 = 30 VIs = 2 AR1 = 10 ΩR2 = 12 ΩR3 = 4 ΩR4 = 10 Ω
PIs = W
4.Метод вузлових потенціалівСкладна
R1​ = 2 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​6 VR2​15 ΩAR4​20 ΩB0,4·VA​

Ромб — це джерело струму, кероване напругою, що подає струм 0,4·VA (в A, де VA у V) угору у вузол B. Методом вузлових потенціалів знайдіть вузлову напругу VA (відносно землі).

V1 = 6 VR1 = 2 ΩR2 = 15 ΩR3 = 3 ΩR4 = 20 Ωg = 0,4 A/V
VA = V
5.Метод контурних струмівСередня
R1​ = 12 ΩR2​ = 3 Ω+−V1​12 VR3​20 ΩA+−V2​6 VI1​I2​

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

V1 = 12 VV2 = 6 VR1 = 12 ΩR2 = 3 ΩR3 = 20 Ω
I2 = A
6.Метод контурних струмівСкладна
R1​ = 30 ΩR2​ = 4 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​15 VR4​4 Ω+−VR4​AR5​20 ΩB+−V2​30 VI1​I2​I3​

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

V1 = 15 VV2 = 30 VR1 = 30 ΩR2 = 4 ΩR3 = 2 ΩR4 = 4 ΩR5 = 20 Ω
VR4 = V
7.Метод накладанняСередня
R1​ = 20 ΩR3​ = 6 ΩIR3​+−V1​30 VR2​3 ΩAR4​15 ΩBIs​3 A

За методом накладання знайдіть потужність PR3, яку споживає R3.

V1 = 30 VIs = 3 AR1 = 20 ΩR2 = 3 ΩR3 = 6 ΩR4 = 15 Ω
PR3 = W
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 = 20,5 mA. Коли V1 подвоєне, а два інші без змін, I = 31 mA. Коли напрямок Is змінено на протилежний, а два інші без змін, I = −1,5 mA. Знайдіть струм навантаження I, коли V2 вимкнене, а V1 і Is мають звичайні значення.

звичайні значення: I = 20,5 mA2·V1: I = 31 mA−Is: I = −1,5 mA
I = mA
9.Тевенен і НортонСередня
R1​ = 3 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​10 VR2​20 ΩARL​2 ΩIL​B

До a–b підключено навантаження RL = 2 Ω. Замініть решту кола еквівалентом Тевенена і знайдіть струм навантаження IL.

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

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

V1 = 5 VIs = 2 AR1 = 6 ΩR2 = 5 ΩR3 = 30 Ω
IN = A
11.Схеми з операційними підсилювачамиСередня
−+Vout​Rf​ = ?R1​ = 1 kΩVin​

Підберіть резистор зворотного зв’язку Rf, щоб цей неінвертувальний підсилювач мав коефіцієнт підсилення за напругою 11.

R1 = 1 kΩAv = 11
Rf = kΩ
12.Схеми з операційними підсилювачамиСкладна
−+Vout​Rf​ = 4,7 kΩV1​ = 1,3 VR1​ = 4,7 kΩV2​ = 0,9 VR2​ = 1 kΩ

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

V1 = 1,3 VV2 = 0,9 VR1 = 4,7 kΩR2 = 1 kΩRf = 4,7 kΩ
Vout = V
13.Перехідні процеси RC і RLСередня
R = 22 Ωt = 0L22 mHi(t)

Через котушку тече сталий струм 3 A. При t = 0 ключ замикає контур через R і джерело від’єднується, тож струм котушки спадає через R. Знайдіть напругу vR на R при t = 1 ms.

i(0) = 3 AR = 22 ΩL = 22 mHt = 1 ms
vR = V
14.Перехідні процеси RC і RLСкладна
+−Vs​10 Vрозмикається при t = 0R1​ = 1 kΩR2​ = 2,2 kΩi2​C47 µF+−vC​

Ключ був замкнений тривалий час, тож коло в усталеному режимі. При t = 0 ключ розмикається. Знайдіть струм i2 через R2 при t = 30 ms.

Vs = 10 VR1 = 1 kΩR2 = 2,2 kΩC = 47 µFt = 30 ms
i2 = mA

3Розчини

1.Послідовні й паралельні резистори

Відповідь: Req = 11,74 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​ = 4 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​30 VR2​15 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 = 8 + 8 = 16 Ω
R2 ∥ 16 = 15·16/(15+16) = 7,742 Ω
Req = R1 + 7,742 = 4 + 7,742 = 11,74 Ω

Відповідь

Req = 11,74 Ω
2.Послідовні й паралельні резистори

Відповідь: IR2 = 0,4033 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​ = 2 ΩR5​ = 10 Ω+−V1​9 VR2​6 ΩAR4​15 ΩBR6​5 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 = 10 + 5 = 15 Ω
R4 ∥ 15 = 7,5 Ω
R3 + 7,5 = 9,5 Ω
R2 ∥ 9,5 = 3,677 Ω
Req = R1 + 3,677 = 10 + 3,677 = 13,68 Ω

Струм джерела

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

IR1 = V1/Req = 9/13,68 = 0,658 A

Струм через R₂

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

VA = V1 − IR1·R1 = 9 − 0,658·10 = 2,42 V
IR2 = VA/R2 = 2,42/6 = 0,4033 A

Відповідь

IR2 = 0,4033 A
3.Метод вузлових потенціалів

Відповідь: PIs = 36,26 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)/10 + (VA − VB)/4 = 0
0,4333·VA − 0,25·VB = 3

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)/4 = 2
−0,25·VA + 0,35·VB = 2

Розв’яжіть

Δ = (0,4333)(0,35) − (−0,25)(−0,25) = 0,08917
VA = Δ1/Δ = 1,55/0,08917 = 17,38 V
VB = Δ2/Δ = 1,617/0,08917 = 18,13 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 = 18,13·2 = 36,26 W

Відповідь

PIs = 36,26 W
4.Метод вузлових потенціалів

Відповідь: VA = 11,44 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
0,9·VA − 0,3333·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 = 0,4·VA
−0,7333·VA + 0,3833·VB = 0

Розв’яжіть

Δ = (0,9)(0,3833) − (−0,3333)(−0,7333) = 0,1006
VA = Δ1/Δ = 1,15/0,1006 = 11,44 V
VB = Δ2/Δ = 2,2/0,1006 = 21,88 V

Відповідь

VA = 11,44 V
5.Метод контурних струмів

Відповідь: I2 = 0,1429 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​ = 3 Ω+−V1​12 VR3​20 ΩA+−V2​6 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 + 20(I1 − I2) = 12
32·I1 − 20·I2 = 12

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
3·I2 + 20(I2 − I1) = (−6)
−20·I1 + 23·I2 = −6

Розв’яжіть

Δ = (32)(23) − (−20)(−20) = 336
I1 = Δ1/Δ = 156/336 = 0,4643 A
I2 = Δ2/Δ = 48/336 = 0,1429 A

Відповідь

I2 = 0,1429 A

Від’ємний контурний струм тече проти годинникової стрілки.

6.Метод контурних струмів

Відповідь: VR4 = 11,4 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​ = 30 ΩR2​ = 4 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​15 VR4​4 ΩAR5​20 ΩB+−V2​30 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
30·I1 + 4(I1 − I2) = 15
34·I1 − 4·I2 = 15

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 + 4(I2 − I1) + 20(I2 − I3) = 0
−4·I1 + 28·I2 − 20·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
2·I3 + 20(I3 − I2) = (−30)
−20·I2 + 22·I3 = −30

Розв’яжіть

Δ = визначник матриці коефіцієнтів = 6992
I1 = Δ1/Δ = 840/6992 = 0,1201 A
I2 = Δ2/Δ = −19080/6992 = −2,729 A
I3 = Δ3/Δ = −26880/6992 = −3,844 A

Відповідь

IR4 = I1 − I2 = 2,849 A
VR4 = IR4·R4 = 2,849·4 = 11,4 V

Від’ємний контурний струм тече проти годинникової стрілки.

7.Метод накладання

Відповідь: PR3 = 18,17 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​ = 20 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​30 VR2​3 ΩAR4​15 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+15 = 21 Ω
R2 ∥ (R3+R4) = 3·21/(3+21) = 2,625 Ω
VA = 30·2,625/(20+2,625) = 3,481 V
VB = VA·R4/(R3+R4) = 3,481·15/21 = 2,486 V
IR3′ = (VA − VB)/R3 = (3,481 − 2,486)/6 = 0,1657 A
R1​ = 20 ΩR3​ = 6 ΩКЗR2​3 ΩAR4​15 ΩBIs​3 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 = 20·3/(20+3) = 2,609 Ω
Req = R4 ∥ (R3+R1∥R2) = 15 ∥ 8,609 = 5,47 Ω
VB = Is·Req = 3·5,47 = 16,41 V
VA = VB·(R1∥R2)/(R3+R1∥R2) = 16,41·2,609/8,609 = 4,972 V
IR3″ = (VA − VB)/R3 = (4,972 − 16,41)/6 = −1,906 A

Додайте внески струму

IR3 = IR3′ + IR3″ = 0,1657 + (−1,906) = −1,74 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 = (−1,74)²·6 = 18,17 W

Відповідь

PR3 = 18,17 W

Сума потужностей окремих випадків дала б 21,96 W, а це неправильно.

8.Метод накладання

Відповідь: I = 21,5 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 = 20,5
2·I₁ + I₂ + I₃ = 31
I₁ + I₂ − I₃ = −1,5

Знайдіть внески

I₁ = 31 − 20,5 = 10,5 mA
I₃ = (20,5 − (−1,5))/2 = 11 mA
I₂ = 20,5 − 10,5 − 11 = −1 mA

Вимкніть V₂

I = I₁ + I₃ = 10,5 + 11 = 21,5 mA

Відповідь

I = 21,5 mA
9.Тевенен і Нортон

Відповідь: IL = 1,01 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 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 = 3·20/(3+20) = 2,609 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2,609 + 4 = 6,609 Ω
R1​ = 3 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​10 VR2​20 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) = 10·20/(3+20) = 8,696 V
Rth​ = 6,609 Ω+−Vth​8,696 VRL​2 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) = 8,696/(6,609 + 2) = 1,01 A
10.Тевенен і Нортон

Відповідь: IN = 2,069 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​ = 6 ΩR3​ = 30 ΩКЗR2​5 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 = 6·5/(6+5) = 2,727 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2,727 + 30 = 32,73 Ω
R1​ = 6 ΩR3​ = 30 Ω+−V1​5 VR2​5 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) = 2,273 + 2·2,727 = 7,727 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 7,727 + 2·30 = 67,73 V
IN​2,069 ARth​32,73 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 = 67,73/32,73 = 2,069 A
11.Схеми з операційними підсилювачами

Відповідь: Rf = 10 kΩ

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 неінвертувального підсилювача

V₋ = V₊ = Vin, а струм через R₁ тече й через Rf, тож Vout = Vin·(1 + Rf/R₁).

Av = 1 + Rf/R1
Rf = (11 − 1)·1 = 10 kΩ

Відповідь

Rf = 10 kΩ
12.Схеми з операційними підсилювачами

Відповідь: Vout = −5,53 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 = 1,3/4,7 = 0,2766 mA
I2 = V2/R2 = 0,9/1 = 0,9 mA
If = I1 + I2 = 1,177 mA

Вихідна напруга

Vout = −Rf·If = −4,7·1,177 = −5,53 V

Відповідь

Vout = −5,53 V
13.Перехідні процеси RC і RL

Відповідь: vR = 24,28 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.

Стала часу

τ = L/R = 22 mH / 22 Ω = 1 ms

Спадання струму

i(t) = 3·e−1/1 = 1,104 A
vR = R·i = 22·1,104 = 24,28 V

Відповідь

vR = 24,28 V
14.Перехідні процеси RC і RL

Відповідь: i2 = 2,338 mA

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.

Початкова напруга на конденсаторі

В усталеному режимі конденсатор — розрив кола, тож R₁ і R₂ утворюють подільник напруги. Напруга на конденсаторі не може змінитися стрибком у момент розмикання ключа.

vC(0) = 10·2,2/(1 + 2,2) = 6,875 V

Стала часу після розмикання ключа

τ = R2·C = 2,2·47 = 103,4 ms

Розряджання

vC(t) = 6,875·e−30/103,4 = 5,144 V
i2 = vC/R2 = 5,144/2,2 = 2,338 mA

Відповідь

i2 = 2,338 mA

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