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​ = 8 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​24 VR2​15 ΩIR2​AR4​20 ΩB

Знайдіть струм IR2 через R2.

V1 = 24 VR1 = 8 ΩR2 = 15 ΩR3 = 4 ΩR4 = 20 Ω
IR2 = A
2.Послідовні й паралельні резисториСкладна
R1​ = 5 ΩR3​ = 5 ΩR5​ = 8 Ω+−V1​18 VR2​30 ΩAR4​25 ΩBR6​20 Ω

Знайдіть еквівалентний опір Req, який бачить джерело V1.

V1 = 18 VR1 = 5 ΩR2 = 30 ΩR3 = 5 ΩR4 = 25 ΩR5 = 8 ΩR6 = 20 Ω
Req = Ω
3.Метод вузлових потенціалівСередня
R1​ = 2 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​12 VR2​12 ΩAR4​5 ΩBIs​2 A

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

V1 = 12 VIs = 2 AR1 = 2 ΩR2 = 12 ΩR3 = 6 ΩR4 = 5 Ω
PIs = W
4.Метод вузлових потенціалівСкладна
R1​ = 30 ΩR2​ = 8 ΩR4​ = 25 Ω+−V1​6 VR3​30 ΩAR5​20 ΩBIs​2,5 A+−V2​36 V

Скористайтеся методом вузлових потенціалів, щоб знайти вузлову напругу VA (відносно землі).

V1 = 6 VIs = 2,5 AV2 = 36 VR1 = 30 ΩR2 = 8 ΩR3 = 30 ΩR4 = 25 ΩR5 = 20 Ω
VA = V
5.Метод контурних струмівСередня
R1​ = 5 Ω+−VR1​R2​ = 2 Ω+−V1​30 VR3​4 ΩA+−V2​12 VI1​I2​

Скористайтеся методом контурних струмів, щоб знайти напругу VR1 на R1 з указаною полярністю.

V1 = 30 VV2 = 12 VR1 = 5 ΩR2 = 2 ΩR3 = 4 Ω
VR1 = V
6.Метод контурних струмівСкладна
R1​ = 2 ΩR2​ = 10 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​18 VR4​6 ΩAR5​8 ΩB+−V2​30 VI1​I2​I3​

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

V1 = 18 VV2 = 30 VR1 = 2 ΩR2 = 10 ΩR3 = 2 ΩR4 = 6 ΩR5 = 8 Ω
I3 = A
7.Метод накладанняСередня
R1​ = 2 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​6 VR2​8 ΩIR2​AR4​6 ΩBIs​2,5 A

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

V1 = 6 VIs = 2,5 AR1 = 2 ΩR2 = 8 ΩR3 = 8 ΩR4 = 6 Ω
IR2 = A
8.Метод накладанняСкладна
R1​ = 25 ΩR2​ = 25 ΩR4​ = 20 Ω+−V1​12 VR3​2 Ω+−VR3​AIs​2 AB+−V2​24 V

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

V1 = 12 VIs = 2 AV2 = 24 VR1 = 25 ΩR2 = 25 ΩR3 = 2 ΩR4 = 20 Ω
VR3 = V
9.Тевенен і НортонСередня
R1​ = 4 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​10 VR2​20 ΩAab

Знайдіть опір Тевенена Rth з боку затискачів a–b.

V1 = 10 VR1 = 4 ΩR2 = 20 ΩR3 = 2 Ω
Rth = Ω
10.Тевенен і НортонСкладна
R1​ = 8 ΩR3​ = 30 Ω+−V1​6 VR2​4 ΩAIs​2 ABab

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

V1 = 6 VIs = 2 AR1 = 8 ΩR2 = 4 ΩR3 = 30 Ω
IN = A
11.Схеми з операційними підсилювачамиСередня
−+Vout​Rf​ = 22 kΩVin​R1​ = 10 kΩ

ОП ідеальний і живиться від ±15 V; його вихід насичується на рівні ±14 V. На інвертувальний підсилювач подається синусоїдальний сигнал. Знайдіть найбільшу амплітуду вхідного сигналу Vin,max (пікове значення), за якої вихідний сигнал не обмежується.

R1 = 10 kΩRf = 22 kΩVsat = ±14 V
Vin,max = V
12.Схеми з операційними підсилювачамиСкладна
−+Vout​Rf​ = 2 kΩV1​ = 1,1 VR1​ = 4,7 kΩV2​ = 1,7 VR2​ = 2 kΩIf​

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

V1 = 1,1 VV2 = 1,7 VR1 = 4,7 kΩR2 = 2 kΩRf = 2 kΩ
If = mA
13.Перехідні процеси RC і RLСередня
+−Vs​20 Vt = 0R1​ = 10 kΩR2​ = 1 kΩC47 µF+−vC​

Джерело Vₛ заряджає конденсатор через R₁, а R₂ під’єднано паралельно C. Конденсатор розряджений, коли вимикач замикається в момент t = 0. Знайдіть сталу часу τ кола після замикання ключа.

Vs = 20 VR1 = 10 kΩR2 = 1 kΩC = 47 µF
τ = ms
14.Перехідні процеси RC і RLСкладна
+−Vs​9 VR1​ = 20 ΩR2​ = 10 Ωрозмикається при t = 0L33 mHi(t)

Ключ паралельно R2 був замкнений тривалий час, тож струм котушки сталий. При t = 0 ключ розмикається. Через який час після t = 0 струм котушки досягне 0,39 A? Знайдіть t.

Vs = 9 VR1 = 20 ΩR2 = 10 ΩL = 33 mH
t = ms

3Розчини

1.Послідовні й паралельні резистори

Відповідь: IR2 = 0,8571 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​ = 4 Ω+−V1​24 VR2​15 ΩAR4​20 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 = 4 + 20 = 24 Ω
R2 ∥ 24 = 15·24/(15+24) = 9,231 Ω
Req = R1 + 9,231 = 8 + 9,231 = 17,23 Ω

Струм джерела

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

IR1 = V1/Req = 24/17,23 = 1,393 A

Струм через R₂

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

VA = V1 − IR1·R1 = 24 − 1,393·8 = 12,86 V
IR2 = VA/R2 = 12,86/15 = 0,8571 A

Відповідь

IR2 = 0,8571 A
2.Послідовні й паралельні резистори

Відповідь: Req = 16,33 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​ = 5 ΩR5​ = 8 Ω+−V1​18 VR2​30 ΩAR4​25 ΩBR6​20 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 = 8 + 20 = 28 Ω
R4 ∥ 28 = 13,21 Ω
R3 + 13,21 = 18,21 Ω
R2 ∥ 18,21 = 11,33 Ω
Req = R1 + 11,33 = 5 + 11,33 = 16,33 Ω

Відповідь

Req = 16,33 Ω
3.Метод вузлових потенціалів

Відповідь: PIs = 20,22 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 − 12)/2 + (VA − VB)/6 = 0
0,75·VA − 0,1667·VB = 6

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/5 + (VB − VA)/6 = 2
−0,1667·VA + 0,3667·VB = 2

Розв’яжіть

Δ = (0,75)(0,3667) − (−0,1667)(−0,1667) = 0,2472
VA = Δ1/Δ = 2,533/0,2472 = 10,25 V
VB = Δ2/Δ = 2,5/0,2472 = 10,11 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 = 10,11·2 = 20,22 W

Відповідь

PIs = 20,22 W
4.Метод вузлових потенціалів

Відповідь: VA = 20,93 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.

R1​ = 30 ΩR2​ = 8 ΩR4​ = 25 Ω+−V1​6 VR3​30 ΩAR5​20 ΩBIs​2,5 A+−V2​36 V

Визначте вузли

Земля — нижній провід. Відомі вузлові напруги беруться прямо з джерел (V1 = 6 V, V2 = 36 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 − 6)/30 + (VA − VB)/8 = 0
0,1917·VA − 0,125·VB = 0,2

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/20 + (VB − VA)/8 + (VB − 36)/25 = 2,5
−0,125·VA + 0,215·VB = 3,94

Розв’яжіть

Δ = (0,1917)(0,215) − (−0,125)(−0,125) = 0,02558
VA = Δ1/Δ = 0,5355/0,02558 = 20,93 V
VB = Δ2/Δ = 0,7802/0,02558 = 30,5 V

Відповідь

VA = 20,93 V
5.Метод контурних струмів

Відповідь: VR1 = 17,37 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​ = 5 ΩR2​ = 2 Ω+−V1​30 VR3​4 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
5·I1 + 4(I1 − I2) = 30
9·I1 − 4·I2 = 30

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 + 4(I2 − I1) = (−12)
−4·I1 + 6·I2 = −12

Розв’яжіть

Δ = (9)(6) − (−4)(−4) = 38
I1 = Δ1/Δ = 132/38 = 3,474 A
I2 = Δ2/Δ = 12/38 = 0,3158 A

Відповідь

IR1 = I1 = 3,474 A
VR1 = IR1·R1 = 3,474·5 = 17,37 V

Від’ємний контурний струм тече проти годинникової стрілки.

6.Метод контурних струмів

Відповідь: I3 = −3,641 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​ = 2 ΩR2​ = 10 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​18 VR4​6 ΩAR5​8 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
2·I1 + 6(I1 − I2) = 18
8·I1 − 6·I2 = 18

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
10·I2 + 6(I2 − I1) + 8(I2 − I3) = 0
−6·I1 + 24·I2 − 8·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 + 8(I3 − I2) = (−30)
−8·I2 + 10·I3 = −30

Розв’яжіть

Δ = визначник матриці коефіцієнтів = 1048
I1 = Δ1/Δ = 1728/1048 = 1,649 A
I2 = Δ2/Δ = −840/1048 = −0,8015 A
I3 = Δ3/Δ = −3816/1048 = −3,641 A

Відповідь

I3 = −3,641 A

Від’ємний контурний струм тече проти годинникової стрілки.

7.Метод накладання

Відповідь: IR2 = 0,7308 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​ = 2 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​6 VR2​8 ΩAR4​6 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+6 = 14 Ω
R2 ∥ (R3+R4) = 8·14/(8+14) = 5,091 Ω
VA = 6·5,091/(2+5,091) = 4,308 V
VB = VA·R4/(R3+R4) = 4,308·6/14 = 1,846 V
IR2′ = (VA − 0)/R2 = (4,308 − 0)/8 = 0,5385 A
R1​ = 2 ΩR3​ = 8 ΩКЗR2​8 ΩAR4​6 ΩBIs​2,5 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 = 2·8/(2+8) = 1,6 Ω
Req = R4 ∥ (R3+R1∥R2) = 6 ∥ 9,6 = 3,692 Ω
VB = Is·Req = 2,5·3,692 = 9,231 V
VA = VB·(R1∥R2)/(R3+R1∥R2) = 9,231·1,6/9,6 = 1,538 V
IR2″ = (VA − 0)/R2 = (1,538 − 0)/8 = 0,1923 A

Додайте складові

IR2 = IR2′ + IR2″
IR2 = 0,5385 + 0,1923 = 0,7308 A

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

8.Метод накладання

Відповідь: VR3 = 3,383 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​ = 25 ΩR2​ = 25 ΩR4​ = 20 Ω+−V1​12 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 ∥ 45 = 1,915 Ω
VA = 12·1,915/(25+1,915) = 0,8538 V
VB = VA·R4/(R2+R4) = 0,8538·20/45 = 0,3794 V
VR3′ = VA − 0 = 0,8538 − 0 = 0,8538 V
R1​ = 25 ΩR2​ = 25 ΩR4​ = 20 ΩКЗR3​2 ΩAIs​2 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.

R1 ∥ R3 = 1,852 Ω, тож лівий шлях — R2+1,852 = 26,85 Ω
Req = R4 ∥ 26,85 = 11,46 Ω
VB = Is·Req = 2·11,46 = 22,92 V
VA = VB·1,852/26,85 = 1,581 V
VR3″ = VA − 0 = 1,581 − 0 = 1,581 V
R1​ = 25 ΩR2​ = 25 ΩR4​ = 20 ΩКЗR3​2 ΩAОБРИВB+−V2​24 V

Випадок 3 · діє лише V2

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

R1 ∥ R3 = 25·2/(25+2) = 1,852 Ω
VB = V2·(R2+R1∥R3)/(R4+R2+R1∥R3) = 24·26,85/46,85 = 13,75 V
VA = VB·(R1∥R3)/(R2+R1∥R3) = 13,75·1,852/26,85 = 0,9486 V
VR3‴ = VA − 0 = 0,9486 − 0 = 0,9486 V

Додайте складові

VR3 = VR3′ + VR3″ + VR3‴
VR3 = 0,8538 + 1,581 + 0,9486 = 3,383 V

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

9.Тевенен і Нортон

Відповідь: Rth = 5,333 Ω

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​ = 4 ΩR3​ = 2 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 = 4·20/(4+20) = 3,333 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 3,333 + 2 = 5,333 Ω
10.Тевенен і Нортон

Відповідь: IN = 2,061 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​ = 30 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 = 8·4/(8+4) = 2,667 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2,667 + 30 = 32,67 Ω
R1​ = 8 ΩR3​ = 30 Ω+−V1​6 VR2​4 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 + 2·2,667 = 7,333 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 7,333 + 2·30 = 67,33 V
IN​2,061 ARth​32,67 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 = 67,33/32,67 = 2,061 A
11.Схеми з операційними підсилювачами

Відповідь: Vin,max = 6,364 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| = Rf/R1 = 22/10 = 2,2

Найбільший вхідний сигнал без обмеження

Vin,max = Vsat/|Av| = 14/2,2 = 6,364 V

Відповідь

Vin,max = 6,364 V
12.Схеми з операційними підсилювачами

Відповідь: If = 1,084 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 = 1,1/4,7 = 0,234 mA
I2 = V2/R2 = 1,7/2 = 0,85 mA
If = I1 + I2 = 1,084 mA

Відповідь

If = 1,084 mA
13.Перехідні процеси RC і RL

Відповідь: τ = 42,73 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.

Еквівалентна схема Тевенена з боку конденсатора

Закоротіть джерело, щоб знайти Rth; розімкніть конденсатор, щоб знайти напругу, до якої він зарядиться.

Rth = R1 ∥ R2 = 10·1/(10 + 1) = 0,9091 kΩ
vC(∞) = 20·1/(10 + 1) = 1,818 V

Стала часу

τ = Rth·C = 0,9091·47 = 42,73 ms

Відповідь

τ = 42,73 ms
14.Перехідні процеси RC і RL

Відповідь: t = 0,5619 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.

Початкове значення, кінцеве значення, стала часу

До t = 0 замкнений ключ шунтує R₂; після цього в контурі обидва резистори, R₁ і R₂.

i(0) = 9/20 = 0,45 A
i(∞) = 9/(20 + 10) = 0,3 A
τ = L/R = 33/30 = 1,1 ms
i(t) = 0,3 + (0,45 − 0,3)·e−t/τ

Виразіть час

e−t/τ = (0,39 − 0,3)/(0,45 − 0,3) = 0,6
t = 1,1·ln(1,667) = 0,5619 ms

Відповідь

t = 0,5619 ms

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