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​15 VR2​10 ΩAR4​2 ΩB

Знайдіть еквівалентний опір Req, який бачить джерело V1.

V1 = 15 VR1 = 20 ΩR2 = 10 ΩR3 = 20 ΩR4 = 2 Ω
Req = Ω
2.Послідовні й паралельні резисториСкладна
R1​ = 5 ΩR3​ = 10 ΩR5​ = 5 Ω+−V1​5 VR2​4 ΩAR4​15 ΩBR6​8 Ω

Знайдіть еквівалентний опір Req, який бачить джерело V1.

V1 = 5 VR1 = 5 ΩR2 = 4 ΩR3 = 10 ΩR4 = 15 ΩR5 = 5 ΩR6 = 8 Ω
Req = Ω
3.Метод вузлових потенціалівСередня
−+Vs​ = 5 VIs​1 AAR1​20 ΩR2​20 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 VA (відносно землі).

Is = 1 AVs = 5 VR1 = 20 ΩR2 = 20 Ω
VA = V
4.Метод вузлових потенціалівСкладна
R1​ = 20 ΩIR1​R2​ = 15 ΩR4​ = 8 Ω+−V1​6 VR3​5 ΩAR5​30 ΩBIs​0,5 A+−V2​24 V

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

V1 = 6 VIs = 0,5 AV2 = 24 VR1 = 20 ΩR2 = 15 ΩR3 = 5 ΩR4 = 8 ΩR5 = 30 Ω
IR1 = A
5.Метод контурних струмівСередня
R1​ = 8 ΩR2​ = 8 Ω+−V1​10 VR3​20 ΩA+−V2​6 VI1​I2​

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

V1 = 10 VV2 = 6 VR1 = 8 ΩR2 = 8 ΩR3 = 20 Ω
I1 = A
6.Метод контурних струмівСкладна
R1​ = 3 ΩIR1​R2​ = 25 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​9 VR4​4 ΩAR5​6 ΩB+−V2​24 VI1​I2​I3​

Скористайтеся методом контурних струмів, щоб знайти струм IR1 через R1 у напрямку стрілки.

V1 = 9 VV2 = 24 VR1 = 3 ΩR2 = 25 ΩR3 = 5 ΩR4 = 4 ΩR5 = 6 Ω
IR1 = A
7.Метод накладанняСередня
R1​ = 6 ΩR3​ = 6 ΩIR3​+−V1​30 VR2​15 ΩAR4​2 ΩBIs​1 A

Скористайтеся методом накладання, щоб знайти струм IR3 через R3 у напрямку стрілки.

V1 = 30 VIs = 1 AR1 = 6 ΩR2 = 15 ΩR3 = 6 ΩR4 = 2 Ω
IR3 = 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 = −6 mA. Коли V1 подвоєне, а два інші без змін, I = −1,5 mA. Коли напрямок Is змінено на протилежний, а два інші без змін, I = −8 mA. Знайдіть струм навантаження I, коли V2 вимкнене, а V1 і Is мають звичайні значення.

звичайні значення: I = −6 mA2·V1: I = −1,5 mA−Is: I = −8 mA
I = mA
9.Тевенен і НортонСередня
R1​ = 8 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​18 VR2​20 ΩAab

Знайдіть напругу Тевенена Vth з боку затискачів a–b.

V1 = 18 VR1 = 8 ΩR2 = 20 ΩR3 = 4 Ω
Vth = V
10.Тевенен і НортонСкладна
R1​ = 5 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​15 VR2​4 ΩAIs​0,5 ABRL​25 ΩIL​

До a–b підключено навантаження RL = 25 Ω. Замініть решту кола еквівалентом Тевенена і знайдіть струм навантаження IL.

V1 = 15 VIs = 0,5 AR1 = 5 ΩR2 = 4 ΩR3 = 5 ΩRL = 25 Ω
IL = A
11.Схеми з операційними підсилювачамиСередня
−+Vout​Rf​ = 10 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 = 10 kΩVsat = ±14 V
Vin,max = V
12.Схеми з операційними підсилювачамиСкладна
−+Vout​Rf​ = 4,7 kΩV1​ = −0,9 VR1​ = 2 kΩV2​ = 0,2 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 = −0,9 VV2 = 0,2 VR1 = 2 kΩR2 = 100 kΩRf = 4,7 kΩ
If = mA
13.Перехідні процеси RC і RLСередня
+−Vs​5 Vt = 0R = 20 ΩL220 mHi(t)

До замикання вимикача в момент t = 0 струму через котушку немає. Знайдіть напругу vL на котушці в момент t = 30 ms.

Vs = 5 VR = 20 ΩL = 220 mHt = 30 ms
vL = V
14.Перехідні процеси RC і RLСкладна
+−Vs​12 Vt = 0R = 2,2 kΩC?+−vC​

Таймер при t = 0 починає заряджати незаряджений конденсатор через резистор від джерела 12 V. Він має спрацювати, коли напруга на конденсаторі досягне 10,8 V, рівно через 1000 ms після старту. При R = 2,2 kΩ знайдіть потрібну ємність C.

Vs = 12 VVth = 10,8 VT = 1000 msR = 2,2 kΩ
C = µF

3Розчини

1.Послідовні й паралельні резистори

Відповідь: Req = 26,88 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​ = 20 ΩR3​ = 20 Ω+−V1​15 VR2​10 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 = 10·22/(10+22) = 6,875 Ω
Req = R1 + 6,875 = 20 + 6,875 = 26,88 Ω

Відповідь

Req = 26,88 Ω
2.Послідовні й паралельні резистори

Відповідь: Req = 8,237 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​ = 10 ΩR5​ = 5 Ω+−V1​5 VR2​4 ΩAR4​15 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 = 5 + 8 = 13 Ω
R4 ∥ 13 = 6,964 Ω
R3 + 6,964 = 16,96 Ω
R2 ∥ 16,96 = 3,237 Ω
Req = R1 + 3,237 = 5 + 3,237 = 8,237 Ω

Відповідь

Req = 8,237 Ω
3.Метод вузлових потенціалів

Відповідь: VA = 7,5 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 + 5
VA/R1 + VB/R2 = Is

Розв’яжіть

VA/20 + (VA + 5)/20 = 1
VA = (1 − 5/20)/(1/20 + 1/20) = 7,5 V
VB = 7,5 + 5 = 12,5 V

Відповідь

VA = 7,5 V
4.Метод вузлових потенціалів

Відповідь: IR1 = 0,07484 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​ = 20 ΩR2​ = 15 ΩR4​ = 8 Ω+−V1​6 VR3​5 ΩAR5​30 ΩBIs​0,5 A+−V2​24 V

Визначте вузли

Земля — нижній провід. Відомі вузлові напруги беруться прямо з джерел (V1 = 6 V, V2 = 24 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/5 + (VA − 6)/20 + (VA − VB)/15 = 0
0,3167·VA − 0,06667·VB = 0,3

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/30 + (VB − VA)/15 + (VB − 24)/8 = 0,5
−0,06667·VA + 0,225·VB = 3,5

Розв’яжіть

Δ = (0,3167)(0,225) − (−0,06667)(−0,06667) = 0,06681
VA = Δ1/Δ = 0,3008/0,06681 = 4,503 V
VB = Δ2/Δ = 1,128/0,06681 = 16,89 V

Відповідь

IR1 = (V1 − VA)/R1 = (6 − 4,503)/20 = 0,07484 A
5.Метод контурних струмів

Відповідь: I1 = 0,4167 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​ = 8 Ω+−V1​10 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
8·I1 + 20(I1 − I2) = 10
28·I1 − 20·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 + R3(I2 − I1) = −V2
8·I2 + 20(I2 − I1) = (−6)
−20·I1 + 28·I2 = −6

Розв’яжіть

Δ = (28)(28) − (−20)(−20) = 384
I1 = Δ1/Δ = 160/384 = 0,4167 A
I2 = Δ2/Δ = 32/384 = 0,08333 A

Відповідь

I1 = 0,4167 A

Від’ємний контурний струм тече проти годинникової стрілки.

6.Метод контурних струмів

Відповідь: IR1 = 1,131 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​ = 3 ΩR2​ = 25 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​9 VR4​4 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
3·I1 + 4(I1 − I2) = 9
7·I1 − 4·I2 = 9

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 + 4(I2 − I1) + 6(I2 − I3) = 0
−4·I1 + 35·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
5·I3 + 6(I3 − I2) = (−24)
−6·I2 + 11·I3 = −24

Розв’яжіть

Δ = визначник матриці коефіцієнтів = 2267
I1 = Δ1/Δ = 2565/2267 = 1,131 A
I2 = Δ2/Δ = −612/2267 = −0,27 A
I3 = Δ3/Δ = −5280/2267 = −2,329 A

Відповідь

IR1 = I1 = 1,131 A

Від’ємний контурний струм тече проти годинникової стрілки.

7.Метод накладання

Відповідь: IR3 = −1,907 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​ = 6 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​30 VR2​15 ΩAR4​2 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+2 = 8 Ω
R2 ∥ (R3+R4) = 15·8/(15+8) = 5,217 Ω
VA = 30·5,217/(6+5,217) = 13,95 V
VB = VA·R4/(R3+R4) = 13,95·2/8 = 3,488 V
IR3′ = (VB − VA)/R3 = (3,488 − 13,95)/6 = −1,744 A
R1​ = 6 ΩR3​ = 6 ΩКЗR2​15 ΩAR4​2 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 = 6·15/(6+15) = 4,286 Ω
Req = R4 ∥ (R3+R1∥R2) = 2 ∥ 10,29 = 1,674 Ω
VB = Is·Req = (−1)·1,674 = −1,674 V
VA = VB·(R1∥R2)/(R3+R1∥R2) = −1,674·4,286/10,29 = −0,6977 V
IR3″ = (VB − VA)/R3 = (−1,674 − −0,6977)/6 = −0,1628 A

Додайте складові

IR3 = IR3′ + IR3″
IR3 = (−1,744) + (−0,1628) = −1,907 A

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

8.Метод накладання

Відповідь: I = 5,5 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 = −6
2·I₁ + I₂ + I₃ = −1,5
I₁ + I₂ − I₃ = −8

Знайдіть внески

I₁ = −1,5 − (−6) = 4,5 mA
I₃ = (−6 − (−8))/2 = 1 mA
I₂ = −6 − 4,5 − 1 = −11,5 mA

Вимкніть V₂

I = I₁ + I₃ = 4,5 + 1 = 5,5 mA

Відповідь

I = 5,5 mA
9.Тевенен і Нортон

Відповідь: Vth = 12,86 V

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​ = 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 = 8·20/(8+20) = 5,714 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 5,714 + 4 = 9,714 Ω
R1​ = 8 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​18 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) = 18·20/(8+20) = 12,86 V
10.Тевенен і Нортон

Відповідь: IL = 0,09483 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​ = 5 ΩR3​ = 5 ΩКЗR2​4 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 = 5·4/(5+4) = 2,222 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2,222 + 5 = 7,222 Ω
R1​ = 5 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​15 VR2​4 ΩAIs​0,5 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) = 6,667 + (−0,5)·2,222 = 5,556 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 5,556 + (−0,5)·5 = 3,056 V
Rth​ = 7,222 Ω+−Vth​3,056 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) = 3,056/(7,222 + 25) = 0,09483 A
11.Схеми з операційними підсилювачами

Відповідь: Vin,max = 2,333 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 + 10/2 = 6

Найбільший вхідний сигнал без обмеження

Vin,max = Vsat/|Av| = 14/6 = 2,333 V

Відповідь

Vin,max = 2,333 V
12.Схеми з операційними підсилювачами

Відповідь: If = −0,448 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 = −0,9/2 = −0,45 mA
I2 = V2/R2 = 0,2/100 = 0,002 mA
If = I1 + I2 = −0,448 mA

Відповідь

If = −0,448 mA
13.Перехідні процеси RC і RL

Відповідь: vL = 0,327 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 = 220 mH / 20 Ω = 11 ms
i(∞) = Vs/R = 5/20 = 0,25 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 = 5·e−30/11 = 0,327 V

Відповідь

vL = 0,327 V
14.Перехідні процеси RC і RL

Відповідь: C = 197,4 µF

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

10,8 = 12·(1 − e−1000/τ) → τ = 1000/ln(12/(12 − 10,8))
τ = 1000/2,303 = 434,3 ms

Ємність

kΩ помножити на µF дає мілісекунди.

C = τ/R = 434,3/2,2 = 197,4 µF

Відповідь

C = 197,4 µF

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