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​ = 2 Ω+−V1​18 VR2​5 ΩIR2​AR4​4 ΩB

Знайдіть струм IR2 через R2.

V1 = 18 VR1 = 20 ΩR2 = 5 ΩR3 = 2 ΩR4 = 4 Ω
IR2 = A
2.Послідовні й паралельні резисториСкладна
R1​ = 5 ΩR3​ = 3 ΩR5​ = 4 Ω+−V1​30 VR2​12 ΩIR2​AR4​2 ΩBR6​15 Ω

Знайдіть струм IR2 через R2.

V1 = 30 VR1 = 5 ΩR2 = 12 ΩR3 = 3 ΩR4 = 2 ΩR5 = 4 ΩR6 = 15 Ω
IR2 = A
3.Метод вузлових потенціалівСередня
R1​ = 15 ΩIR1​R3​ = 15 Ω+−V1​12 VR2​10 ΩAR4​15 ΩBIs​2,5 A

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

V1 = 12 VIs = 2,5 AR1 = 15 ΩR2 = 10 ΩR3 = 15 ΩR4 = 15 Ω
IR1 = A
4.Метод вузлових потенціалівСкладна
R1​ = 5 ΩR2​ = 8 ΩR4​ = 10 ΩIR4​+−V1​10 VR3​8 ΩAR5​2 ΩBIs​0,5 A−+V2​6 V

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

V1 = 10 VIs = 0,5 AV2 = 6 VR1 = 5 ΩR2 = 8 ΩR3 = 8 ΩR4 = 10 ΩR5 = 2 Ω
IR4 = A
5.Метод контурних струмівСередня
R1​ = 8 ΩR2​ = 2 Ω+−V1​10 VR3​10 ΩA+−V2​18 VI1​I2​

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

V1 = 10 VV2 = 18 VR1 = 8 ΩR2 = 2 ΩR3 = 10 Ω
I2 = A
6.Метод контурних струмівСкладна
R1​ = 20 ΩR2​ = 30 ΩR3​ = 2 ΩIR3​+−V1​6 VR4​10 ΩAR5​5 ΩB+−V2​30 VI1​I2​I3​

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

V1 = 6 VV2 = 30 VR1 = 20 ΩR2 = 30 ΩR3 = 2 ΩR4 = 10 ΩR5 = 5 Ω
IR3 = A
7.Метод накладанняСередня
R1​ = 4 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​30 VR2​5 Ω+−VR2​AR4​8 ΩBIs​5 A

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

V1 = 30 VIs = 5 AR1 = 4 ΩR2 = 5 ΩR3 = 8 ΩR4 = 8 Ω
VR2 = V
8.Метод накладанняСкладна
R1​ = 12 ΩR2​ = 5 ΩR4​ = 30 Ω+−V1​12 VR3​6 ΩIR3​AIs​1,5 AB+−V2​?

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

V1 = 12 VIs = 1,5 AR1 = 12 ΩR2 = 5 ΩR3 = 6 ΩR4 = 30 Ω
V2 = V
9.Тевенен і НортонСередня
R1​ = 8 ΩR3​ = 20 Ω+−V1​6 VR2​12 ΩAab

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

V1 = 6 VR1 = 8 ΩR2 = 12 ΩR3 = 20 Ω
IN = A
10.Тевенен і НортонСкладна
R1​ = 12 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​10 VR2​3 ΩAIs​5 ABab

Знайдіть напругу Тевенена Vth з боку затискачів a–b.

V1 = 10 VIs = 5 AR1 = 12 ΩR2 = 3 ΩR3 = 2 Ω
Vth = V
11.Схеми з операційними підсилювачамиСередня
−+Vout​Rf​ = 22 kΩR1​ = 2 kΩVin​ = 0,1 V

ОП ідеальний і живиться від ±15 V. Знайдіть вихідну напругу Vout.

Vin = 0,1 VR1 = 2 kΩRf = 22 kΩ
Vout = V
12.Схеми з операційними підсилювачамиСкладна
−+Vout​C = 4,7 µFVin​ = 0,6 VR = 22 kΩ

Інтегратор використовує ідеальний ОП із живленням ±15 V; його вихід насичується на рівні ±12 V. Конденсатор розряджений, коли при t = 0 подається стала вхідна напруга Vin = 0,6 V. Знайдіть вихідну напругу Vout при t = 200 ms.

Vin = 0,6 VR = 22 kΩC = 4,7 µFVsat = ±12 Vt = 200 ms
Vout = V
13.Перехідні процеси RC і RLСередня
R = 47 Ωt = 0L150 mHi(t)

Через котушку тече сталий струм 2,5 A. При t = 0 ключ замикає контур через R і джерело від’єднується, тож струм котушки спадає через R. Знайдіть струм i у момент t = 5 ms.

i(0) = 2,5 AR = 47 ΩL = 150 mHt = 5 ms
i = A
14.Перехідні процеси RC і RLСкладна
+−Vs​15 Vt = 0R = ?C47 µF+−vC​

Таймер при t = 0 починає заряджати незаряджений конденсатор через резистор від джерела 15 V. Він має спрацювати, коли напруга на конденсаторі досягне 9 V, рівно через 25 ms після старту. При C = 47 µF знайдіть потрібний опір R.

Vs = 15 VVth = 9 VT = 25 msC = 47 µF
R = kΩ

3Розчини

1.Послідовні й паралельні резистори

Відповідь: IR2 = 0,432 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​ = 2 Ω+−V1​18 VR2​5 ΩAR4​4 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 + 4 = 6 Ω
R2 ∥ 6 = 5·6/(5+6) = 2,727 Ω
Req = R1 + 2,727 = 20 + 2,727 = 22,73 Ω

Струм джерела

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

IR1 = V1/Req = 18/22,73 = 0,792 A

Струм через R₂

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

VA = V1 − IR1·R1 = 18 − 0,792·20 = 2,16 V
IR2 = VA/R2 = 2,16/5 = 0,432 A

Відповідь

IR2 = 0,432 A
2.Послідовні й паралельні резистори

Відповідь: IR2 = 1,018 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​ = 5 ΩR3​ = 3 ΩR5​ = 4 Ω+−V1​30 VR2​12 ΩAR4​2 ΩBR6​15 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 = 4 + 15 = 19 Ω
R4 ∥ 19 = 1,81 Ω
R3 + 1,81 = 4,81 Ω
R2 ∥ 4,81 = 3,433 Ω
Req = R1 + 3,433 = 5 + 3,433 = 8,433 Ω

Струм джерела

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

IR1 = V1/Req = 30/8,433 = 3,557 A

Струм через R₂

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

VA = V1 − IR1·R1 = 30 − 3,557·5 = 12,21 V
IR2 = VA/R2 = 12,21/12 = 1,018 A

Відповідь

IR2 = 1,018 A
3.Метод вузлових потенціалів

Відповідь: IR1 = 0,1167 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​ = 15 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​12 VR2​10 ΩAR4​15 ΩBIs​2,5 A

Визначте вузли

Земля — нижній провід. Відомі вузлові напруги беруться прямо з джерел (V1 = 12 V). Невідомі: VA, VB.

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/10 + (VA − 12)/15 + (VA − VB)/15 = 0
0,2333·VA − 0,06667·VB = 0,8

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/15 + (VB − VA)/15 = 2,5
−0,06667·VA + 0,1333·VB = 2,5

Розв’яжіть

Δ = (0,2333)(0,1333) − (−0,06667)(−0,06667) = 0,02667
VA = Δ1/Δ = 0,2733/0,02667 = 10,25 V
VB = Δ2/Δ = 0,6367/0,02667 = 23,88 V

Відповідь

IR1 = (V1 − VA)/R1 = (12 − 10,25)/15 = 0,1167 A
4.Метод вузлових потенціалів

Відповідь: IR4 = 0,5211 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​ = 5 ΩR2​ = 8 ΩR4​ = 10 Ω+−V1​10 VR3​8 ΩAR5​2 ΩBIs​0,5 A−+V2​6 V

Визначте вузли

Земля — нижній провід. Відомі вузлові напруги беруться прямо з джерел (V1 = 10 V, V2 = −6 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/8 + (VA − 10)/5 + (VA − VB)/8 = 0
0,45·VA − 0,125·VB = 2

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/2 + (VB − VA)/8 + (VB − (−6))/10 = (−0,5)
−0,125·VA + 0,725·VB = −1,1

Розв’яжіть

Δ = (0,45)(0,725) − (−0,125)(−0,125) = 0,3106
VA = Δ1/Δ = 1,313/0,3106 = 4,225 V
VB = Δ2/Δ = −0,245/0,3106 = −0,7887 V

Відповідь

IR4 = (VB − V2)/R4 = (−0,7887 − −6)/10 = 0,5211 A
5.Метод контурних струмів

Відповідь: I2 = −1,931 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​ = 2 Ω+−V1​10 VR3​10 ΩA+−V2​18 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 + 10(I1 − I2) = 10
18·I1 − 10·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
2·I2 + 10(I2 − I1) = (−18)
−10·I1 + 12·I2 = −18

Розв’яжіть

Δ = (18)(12) − (−10)(−10) = 116
I1 = Δ1/Δ = −60/116 = −0,5172 A
I2 = Δ2/Δ = −224/116 = −1,931 A

Відповідь

I2 = −1,931 A

Від’ємний контурний струм тече проти годинникової стрілки.

6.Метод контурних струмів

Відповідь: IR3 = −4,65 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​ = 30 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​6 VR4​10 ΩAR5​5 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
20·I1 + 10(I1 − I2) = 6
30·I1 − 10·I2 = 6

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
30·I2 + 10(I2 − I1) + 5(I2 − I3) = 0
−10·I1 + 45·I2 − 5·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 + 5(I3 − I2) = (−30)
−5·I2 + 7·I3 = −30

Розв’яжіть

Δ = визначник матриці коефіцієнтів = 8000
I1 = Δ1/Δ = 240/8000 = 0,03 A
I2 = Δ2/Δ = −4080/8000 = −0,51 A
I3 = Δ3/Δ = −37200/8000 = −4,65 A

Відповідь

IR3 = I3 = −4,65 A

Від’ємний контурний струм тече проти годинникової стрілки.

7.Метод накладання

Відповідь: VR2 = 19,51 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​ = 4 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​30 VR2​5 ΩAR4​8 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 = 8+8 = 16 Ω
R2 ∥ (R3+R4) = 5·16/(5+16) = 3,81 Ω
VA = 30·3,81/(4+3,81) = 14,63 V
VB = VA·R4/(R3+R4) = 14,63·8/16 = 7,317 V
VR2′ = VA − 0 = 14,63 − 0 = 14,63 V
R1​ = 4 ΩR3​ = 8 ΩКЗR2​5 ΩAR4​8 ΩBIs​5 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 = 4·5/(4+5) = 2,222 Ω
Req = R4 ∥ (R3+R1∥R2) = 8 ∥ 10,22 = 4,488 Ω
VB = Is·Req = 5·4,488 = 22,44 V
VA = VB·(R1∥R2)/(R3+R1∥R2) = 22,44·2,222/10,22 = 4,878 V
VR2″ = VA − 0 = 4,878 − 0 = 4,878 V

Додайте складові

VR2 = VR2′ + VR2″
VR2 = 14,63 + 4,878 = 19,51 V

Від’ємний результат означає, що насправді полярність протилежна вказаній.

8.Метод накладання

Відповідь: V2 = 10 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​ = 12 ΩR2​ = 5 ΩR4​ = 30 Ω+−V1​12 VR3​6 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) = 6 ∥ 35 = 5,122 Ω
VA = 12·5,122/(12+5,122) = 3,59 V
VB = VA·R4/(R2+R4) = 3,59·30/35 = 3,077 V
R1​ = 12 ΩR2​ = 5 ΩR4​ = 30 ΩКЗR3​6 ΩAIs​1,5 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 = 4 Ω, тож лівий шлях — R2+4 = 9 Ω
Req = R4 ∥ 9 = 6,923 Ω
VB = −Is·Req = −1,5·6,923 = −10,38 V
VA = VB·4/9 = −4,615 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 = 4 Ω
VA‴ = V2·4/(30 + 5 + 4) = 0,1026·V2

Прирівняйте VA до нуля

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

VA′ + VA″ + VA‴ = 3,59 + (−4,615) + 0,1026·V2 = 0
V2 = 1,026/0,1026 = 10 V

Відповідь

V2 = 10 V
9.Тевенен і Нортон

Відповідь: IN = 0,1452 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​ = 20 ΩКЗR2​12 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 = 8·12/(8+12) = 4,8 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 4,8 + 20 = 24,8 Ω
R1​ = 8 ΩR3​ = 20 Ω+−V1​6 VR2​12 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) = 6·12/(8+12) = 3,6 V
IN​0,1452 ARth​24,8 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 = 3,6/24,8 = 0,1452 A
10.Тевенен і Нортон

Відповідь: Vth = −20 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​ = 12 ΩR3​ = 2 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 = 12·3/(12+3) = 2,4 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2,4 + 2 = 4,4 Ω
R1​ = 12 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​10 VR2​3 ΩAIs​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) = 2 + (−5)·2,4 = −10 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = −10 + (−5)·2 = −20 V
11.Схеми з операційними підсилювачами

Відповідь: Vout = 1,2 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.

Інвертувальний вхід повторює вхід

V₋ = V₊ = 0,1 V
I = V₋/R1 = 0,1/2 = 0,05 mA

Вихідна напруга

Струм через R₁ тече й через Rf.

Vout = V₋ + I·Rf = 0,1 + 0,05·22 = 1,2 V

Відповідь

Vout = 1,2 V
12.Схеми з операційними підсилювачами

Відповідь: Vout = −1,161 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.

Вхідний струм і швидкість наростання

kΩ помножити на µF дає мілісекунди.

RC = 22 kΩ · 4,7 µF = 103,4 ms
швидкість наростання = −Vin/(RC) = −0,6/103,4 = −0,005803 V/ms

Вихідна напруга в заданий момент

Ідеальне значення лежить у межах ±Vsat, тож інтегратор ще не обмежує сигнал.

Vout = −Vin·t/(RC) = −0,6·200/103,4 = −1,161 V

Відповідь

Vout = −1,161 V
13.Перехідні процеси RC і RL

Відповідь: i = 0,5218 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

τ = L/R = 150 mH / 47 Ω = 3,191 ms

Спадання струму

i(t) = 2,5·e−5/3,191 = 0,5218 A

Відповідь

i = 0,5218 A
14.Перехідні процеси RC і RL

Відповідь: R = 0,5805 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

9 = 15·(1 − e−25/τ) → τ = 25/ln(15/(15 − 9))
τ = 25/0,9163 = 27,28 ms

Опір

kΩ помножити на µF дає мілісекунди.

R = τ/C = 27,28/47 = 0,5805 kΩ

Відповідь

R = 0,5805 kΩ

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