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 ΩIR1​R3​ = 2 Ω+−V1​9 VR2​10 ΩAR4​3 ΩB

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

V1 = 9 VR1 = 6 ΩR2 = 10 ΩR3 = 2 ΩR4 = 3 Ω
IR1 = A
2.Послідовні й паралельні резисториСкладна
R1​ = 4 ΩR3​ = 4 ΩR5​ = 6 Ω+−V1​5 VR2​5 ΩAR4​8 ΩBR6​6 Ω

Знайдіть еквівалентний опір Req, який бачить джерело V1.

V1 = 5 VR1 = 4 ΩR2 = 5 ΩR3 = 4 ΩR4 = 8 ΩR5 = 6 ΩR6 = 6 Ω
Req = Ω
3.Метод вузлових потенціалівСередня
R1​5 Ω+−V1​18 VR2​10 Ω−+V2​18 VR3​3 Ω+−V3​18 VI3​A

Між вузлом A і землею ввімкнено три вітки, як показано на схемі. Методом вузлових потенціалів знайдіть струм I3 у вітці 3, що тече вгору у вузол A в напрямку стрілки.

V1 = 18 VR1 = 5 ΩV2 = 18 VR2 = 10 ΩV3 = 18 VR3 = 3 Ω
I3 = A
4.Метод вузлових потенціалівСкладна
R1​ = 8 ΩR2​ = 4 ΩR4​ = 15 ΩIR4​+−V1​9 VR3​30 ΩAR5​5 ΩBIs​5 A+−V2​18 V

Скористайтеся методом вузлових потенціалів, щоб знайти струм IR4 через R4 у напрямку стрілки.

V1 = 9 VIs = 5 AV2 = 18 VR1 = 8 ΩR2 = 4 ΩR3 = 30 ΩR4 = 15 ΩR5 = 5 Ω
IR4 = A
5.Метод контурних струмівСередня
R1​ = 15 ΩR2​ = 2 Ω+−V1​24 VR3​8 ΩA+−V2​12 VI1​I2​

Скористайтеся методом контурних струмів, щоб знайти контурний струм I1 (за годинниковою стрілкою).

V1 = 24 VV2 = 12 VR1 = 15 ΩR2 = 2 ΩR3 = 8 Ω
I1 = A
6.Метод контурних струмівСкладна
R1​ = 8 ΩR2​ = 25 ΩR3​ = 20 Ω+−V1​24 VR4​2 ΩIR4​AR5​6 ΩB+−V2​24 VI1​I2​I3​

Скористайтеся методом контурних струмів, щоб знайти струм IR4 через R4 у напрямку стрілки.

V1 = 24 VV2 = 24 VR1 = 8 ΩR2 = 25 ΩR3 = 20 ΩR4 = 2 ΩR5 = 6 Ω
IR4 = A
7.Метод накладанняСередня
R1​ = 10 ΩR3​ = 5 ΩIR3​+−V1​15 VR2​6 ΩAR4​20 ΩBIs​?

Знайдіть значення джерела струму Is (напрямок як на схемі), за якого струм IR3 через R3 дорівнює нулю.

V1 = 15 VR1 = 10 ΩR2 = 6 ΩR3 = 5 ΩR4 = 20 Ω
Is = A
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 = −2,5 mA. Коли V1 подвоєне, а два інші без змін, I = 0,5 mA. Коли напрямок Is змінено на протилежний, а два інші без змін, I = −4,5 mA. Знайдіть струм навантаження I, коли V2 вимкнене, а V1 і Is мають звичайні значення.

звичайні значення: I = −2,5 mA2·V1: I = 0,5 mA−Is: I = −4,5 mA
I = mA
9.Тевенен і НортонСередня
R1​ = 10 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​10 VR2​3 ΩARL​8 ΩIL​B

До a–b підключено навантаження RL = 8 Ω. Замініть решту кола еквівалентом Тевенена і знайдіть струм навантаження IL.

V1 = 10 VR1 = 10 ΩR2 = 3 ΩR3 = 3 ΩRL = 8 Ω
IL = A
10.Тевенен і НортонСкладна
R1​ = 6 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​10 VR2​3 ΩAIs​2 ABab

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

V1 = 10 VIs = 2 AR1 = 6 ΩR2 = 3 ΩR3 = 4 Ω
IN = A
11.Схеми з операційними підсилювачамиСередня
−+Vout​Rf​ = ?R1​ = 100 kΩVin​

Підберіть резистор зворотного зв’язку Rf, щоб цей неінвертувальний підсилювач мав коефіцієнт підсилення за напругою 25.

R1 = 100 kΩAv = 25
Rf = kΩ
12.Схеми з операційними підсилювачамиСкладна
−+Vout​Rf​ = 10 kΩV1​ = −0,1 VR1​ = 4,7 kΩV2​ = 1,4 VR2​ = 22 kΩ

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

V1 = −0,1 VV2 = 1,4 VR1 = 4,7 kΩR2 = 22 kΩRf = 10 kΩ
Vout = V
13.Перехідні процеси RC і RLСередня
+−Vs​20 Vt = 0R = 50 ΩL10 mHi(t)

До замикання вимикача в момент t = 0 струму через котушку немає. Знайдіть напругу vL на котушці в момент t = 1 ms.

Vs = 20 VR = 50 ΩL = 10 mHt = 1 ms
vL = V
14.Перехідні процеси RC і RLСкладна
+−Vs​15 VR1​ = 5 ΩR2​ = 47 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 = 25 ms.

Vs = 15 VR1 = 5 ΩR2 = 47 ΩL = 47 mHt = 25 ms
i = A

3Розчини

1.Послідовні й паралельні резистори

Відповідь: IR1 = 0,9643 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​ = 2 Ω+−V1​9 VR2​10 ΩAR4​3 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 = 2 + 3 = 5 Ω
R2 ∥ 5 = 10·5/(10+5) = 3,333 Ω
Req = R1 + 3,333 = 6 + 3,333 = 9,333 Ω

Струм джерела

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

IR1 = V1/Req = 9/9,333 = 0,9643 A

Відповідь

IR1 = 0,9643 A
2.Послідовні й паралельні резистори

Відповідь: Req = 7,188 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​ = 4 ΩR5​ = 6 Ω+−V1​5 VR2​5 ΩAR4​8 ΩBR6​6 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 = 6 + 6 = 12 Ω
R4 ∥ 12 = 4,8 Ω
R3 + 4,8 = 8,8 Ω
R2 ∥ 8,8 = 3,188 Ω
Req = R1 + 3,188 = 4 + 3,188 = 7,188 Ω

Відповідь

Req = 7,188 Ω
3.Метод вузлових потенціалів

Відповідь: I3 = 1,895 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

Нижній провід візьміть за землю. Кожна вітка проводить від A струм (VA − Vk)/Rk, де Vk — напруга її джерела (нуль для простого резистора). Сума струмів, що виходять з A, дорівнює нулю.

(VA − 18)/5 + (VA − (−18))/10 + (VA − 18)/3 = 0

Знайдіть VA

VA = (18/5 + (−18)/10 + 18/3) / (1/5 + 1/10 + 1/3) = 7,8/0,6333 = 12,32 V

Струм гілки

Стрілка спрямована вгору вздовж вітки, у вузол A.

I3 = (18 − VA)/R3 = (18 − 12,32)/3 = 1,895 A

Відповідь

I3 = 1,895 A

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

4.Метод вузлових потенціалів

Відповідь: IR4 = 0,06305 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​ = 8 ΩR2​ = 4 ΩR4​ = 15 Ω+−V1​9 VR3​30 ΩAR5​5 ΩBIs​5 A+−V2​18 V

Визначте вузли

Земля — нижній провід. Відомі вузлові напруги беруться прямо з джерел (V1 = 9 V, V2 = 18 V). Невідомі: VA, VB.

ЗСК у вузлі A

Струми, що виходять із A через резистори, дорівнюють струму, який джерела подають у A.

VA/R3 + (VA − V1)/R1 + (VA − VB)/R2 = 0
VA/30 + (VA − 9)/8 + (VA − VB)/4 = 0
0,4083·VA − 0,25·VB = 1,125

ЗСК у вузлі B

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

VB/R5 + (VB − VA)/R2 + (VB − V2)/R4 = Is
VB/5 + (VB − VA)/4 + (VB − 18)/15 = 5
−0,25·VA + 0,5167·VB = 6,2

Розв’яжіть

Δ = (0,4083)(0,5167) − (−0,25)(−0,25) = 0,1485
VA = Δ1/Δ = 2,131/0,1485 = 14,35 V
VB = Δ2/Δ = 2,813/0,1485 = 18,95 V

Відповідь

IR4 = (VB − V2)/R4 = (18,95 − 18)/15 = 0,06305 A
5.Метод контурних струмів

Відповідь: I1 = 0,8675 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​ = 15 ΩR2​ = 2 Ω+−V1​24 VR3​8 ΩA+−V2​12 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
15·I1 + 8(I1 − I2) = 24
23·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
2·I2 + 8(I2 − I1) = (−12)
−8·I1 + 10·I2 = −12

Розв’яжіть

Δ = (23)(10) − (−8)(−8) = 166
I1 = Δ1/Δ = 144/166 = 0,8675 A
I2 = Δ2/Δ = −84/166 = −0,506 A

Відповідь

I1 = 0,8675 A

Від’ємний контурний струм тече проти годинникової стрілки.

6.Метод контурних струмів

Відповідь: IR4 = 2,419 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​ = 25 ΩR3​ = 20 Ω+−V1​24 VR4​2 ΩAR5​6 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
8·I1 + 2(I1 − I2) = 24
10·I1 − 2·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
25·I2 + 2(I2 − I1) + 6(I2 − I3) = 0
−2·I1 + 33·I2 − 6·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 + 6(I3 − I2) = (−24)
−6·I2 + 26·I3 = −24

Розв’яжіть

Δ = визначник матриці коефіцієнтів = 8116
I1 = Δ1/Δ = 19440/8116 = 2,395 A
I2 = Δ2/Δ = −192/8116 = −0,02366 A
I3 = Δ3/Δ = −7536/8116 = −0,9285 A

Відповідь

IR4 = I1 − I2 = 2,419 A

Від’ємний контурний струм тече проти годинникової стрілки.

7.Метод накладання

Відповідь: Is = 0,2812 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​ = 10 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​15 VR2​6 ΩAR4​20 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 = 5+20 = 25 Ω
R2 ∥ (R3+R4) = 6·25/(6+25) = 4,839 Ω
VA = 15·4,839/(10+4,839) = 4,891 V
VB = VA·R4/(R3+R4) = 4,891·20/25 = 3,913 V
IR3′ = (VA − VB)/R3 = (4,891 − 3,913)/5 = 0,1957 A

Випадок 2 · діє лише Is

V₁ стає коротким замиканням, тож R₁ ∥ R₂ з’єднує A із землею. Iₛ розгалужується у вузлі B між R₄ і шляхом R₃ + R₁∥R₂; частина через R₃ тече від B до A, проти стрілки.

R1 ∥ R2 = 3,75 Ω
IR3″ = −Is·R4/(R4 + R3 + R1∥R2) = −Is·20/28,75 = −0,6957·Is

Прирівняйте суму до нуля

IR3′ + IR3″ = 0,1957 − 0,6957·Is = 0
Is = 0,1957/0,6957 = 0,2812 A

Відповідь

Is = 0,2812 A
8.Метод накладання

Відповідь: I = 4 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 = −2,5
2·I₁ + I₂ + I₃ = 0,5
I₁ + I₂ − I₃ = −4,5

Знайдіть внески

I₁ = 0,5 − (−2,5) = 3 mA
I₃ = (−2,5 − (−4,5))/2 = 1 mA
I₂ = −2,5 − 3 − 1 = −6,5 mA

Вимкніть V₂

I = I₁ + I₃ = 3 + 1 = 4 mA

Відповідь

I = 4 mA
9.Тевенен і Нортон

Відповідь: IL = 0,1734 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​ = 10 ΩR3​ = 3 ΩКЗR2​3 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 = 10·3/(10+3) = 2,308 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2,308 + 3 = 5,308 Ω
R1​ = 10 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​10 VR2​3 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) = 10·3/(10+3) = 2,308 V
Rth​ = 5,308 Ω+−Vth​2,308 VRL​8 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) = 2,308/(5,308 + 8) = 0,1734 A
10.Тевенен і Нортон

Відповідь: IN = 2,556 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​ = 4 ΩКЗR2​3 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 = 6·3/(6+3) = 2 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2 + 4 = 6 Ω
R1​ = 6 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​10 VR2​3 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) = 3,333 + 2·2 = 7,333 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 7,333 + 2·4 = 15,33 V
IN​2,556 ARth​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 = 15,33/6 = 2,556 A
11.Схеми з операційними підсилювачами

Відповідь: Rf = 2400 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 = (25 − 1)·100 = 2400 kΩ

Відповідь

Rf = 2400 kΩ
12.Схеми з операційними підсилювачами

Відповідь: Vout = −0,4236 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 = −0,1/4,7 = −0,02128 mA
I2 = V2/R2 = 1,4/22 = 0,06364 mA
If = I1 + I2 = 0,04236 mA

Вихідна напруга

Vout = −Rf·If = −10·0,04236 = −0,4236 V

Відповідь

Vout = −0,4236 V
13.Перехідні процеси RC і RL

Відповідь: vL = 0,1348 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 і кінцевий струм

Через тривалий час після замикання котушка поводиться як коротке замикання, тож кінцевий струм визначає лише R.

τ = L/R = 10 mH / 50 Ω = 0,2 ms
i(∞) = Vs/R = 20/50 = 0,4 A

Напруга на котушці

У момент t = 0 уся напруга живлення прикладена до котушки; далі вона спадає до нуля.

vL(t) = Vs·e−t/τ = 20·e−1/0,2 = 0,1348 V

Відповідь

vL = 0,1348 V
14.Перехідні процеси RC і RL

Відповідь: i = 2,81 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) = 15/(5 + 47) = 0,2885 A
i(∞) = 15/5 = 3 A
τ = L/R = 47/5 = 9,4 ms
i(t) = 3 + (0,2885 − 3)·e−t/τ

Струм у заданий момент

i(25) = 3 + (−2,712)·e−25/9,4 = 2,81 A

Відповідь

i = 2,81 A

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