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​ = 20 Ω+−V1​18 VR2​15 ΩIR2​AR4​10 ΩB

Знайдіть струм IR2 через R2.

V1 = 18 VR1 = 4 ΩR2 = 15 ΩR3 = 20 ΩR4 = 10 Ω
IR2 = A
2.Послідовні й паралельні резисториСкладна
R1​ = 3 ΩR3​ = 12 ΩR5​ = 25 Ω+−V1​36 VR2​4 ΩIR2​AR4​25 ΩBR6​6 Ω

Знайдіть струм IR2 через R2.

V1 = 36 VR1 = 3 ΩR2 = 4 ΩR3 = 12 ΩR4 = 25 ΩR5 = 25 ΩR6 = 6 Ω
IR2 = A
3.Метод вузлових потенціалівСередня
R1​ = 10 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​15 VR2​2 ΩAR4​20 ΩBIs​1,5 A

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

V1 = 15 VIs = 1,5 AR1 = 10 ΩR2 = 2 ΩR3 = 12 ΩR4 = 20 Ω
PIs = W
4.Метод вузлових потенціалівСкладна
R1​ = 3 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​36 VR2​10 ΩAR4​3 ΩIR4​B0,25·VA​

Ромб — це джерело струму, кероване напругою, що подає струм 0,25·VA (в A, де VA у V) угору у вузол B. Методом вузлових потенціалів знайдіть струм IR4 через R4 у напрямку стрілки.

V1 = 36 VR1 = 3 ΩR2 = 10 ΩR3 = 3 ΩR4 = 3 Ωg = 0,25 A/V
IR4 = A
5.Метод контурних струмівСередня
R1​ = 8 ΩIR1​R2​ = 12 Ω+−V1​9 VR3​10 ΩA+−V2​10 VI1​I2​

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

V1 = 9 VV2 = 10 VR1 = 8 ΩR2 = 12 ΩR3 = 10 Ω
IR1 = A
6.Метод контурних струмівСкладна
R1​ = 5 ΩR2​ = 10 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​6 VR4​5 ΩAR5​5 ΩB+−V2​15 VI1​I2​I3​

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

V1 = 6 VV2 = 15 VR1 = 5 ΩR2 = 10 ΩR3 = 3 ΩR4 = 5 ΩR5 = 5 Ω
I1 = A
7.Метод накладанняСередня
лінійне колоVs​Is​IRL​

Лінійне резистивне коло містить одне джерело напруги Vs і одне джерело струму Is. Струм I через резистор навантаження виміряли двічі: при Vs = 5 V і Is = 6 mA I = 4,2 mA; при Vs = 12 V і Is = 8 mA I = 8,8 mA. Знайдіть струм навантаження I при Vs = 5 V і Is = 1 mA.

5 V, 6 mA → 4,2 mA12 V, 8 mA → 8,8 mAVs = 5 V, Is = 1 mA
I = mA
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 = 3,5 mA. Коли V1 подвоєне, а два інші без змін, I = 5,5 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 = 3,5 mA2·V1: I = 5,5 mA−Is: I = −4,5 mA
I = mA
9.Тевенен і НортонСередня
R1​ = 2 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​18 VR2​6 ΩARL​5 ΩIL​B

До a–b підключено навантаження RL = 5 Ω. Замініть решту кола еквівалентом Тевенена і знайдіть струм навантаження IL.

V1 = 18 VR1 = 2 ΩR2 = 6 ΩR3 = 5 ΩRL = 5 Ω
IL = A
10.Тевенен і НортонСкладна
R1​ = 5 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​24 VR2​25 ΩAIs​2 ABab

Знайдіть напругу Тевенена Vth з боку затискачів a–b.

V1 = 24 VIs = 2 AR1 = 5 ΩR2 = 25 ΩR3 = 6 Ω
Vth = V
11.Схеми з операційними підсилювачамиСередня
−+Vout​Rf​ = 47 kΩR1​ = 22 kΩVin​ = 1,9 V

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

Vin = 1,9 VR1 = 22 kΩRf = 47 kΩ
Vout = V
12.Схеми з операційними підсилювачамиСкладна
−+Vout​Rf​ = 2 kΩV1​ = 0,8 VR1​ = 22 kΩV2​ = 1,5 VR2​ = 10 kΩIf​

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

V1 = 0,8 VV2 = 1,5 VR1 = 22 kΩR2 = 10 kΩRf = 2 kΩ
If = mA
13.Перехідні процеси RC і RLСередня
+−Vs​24 Vt = 0R = 5 ΩL33 mHi(t)

До замикання вимикача в момент t = 0 струму через котушку немає. Знайдіть енергію W(∞), накопичену в котушці після встановлення режиму, у mJ.

Vs = 24 VR = 5 ΩL = 33 mH
W(∞) = mJ
14.Перехідні процеси RC і RLСкладна
+−Vs​12 Vt = 0R = 10 kΩC220 µF+−vC​vC​(0) = 3 V

Безпосередньо перед замиканням вимикача в момент t = 0 конденсатор має 3 V з указаною полярністю. Знайдіть напругу на конденсаторі vC у момент t = 1000 ms.

Vs = 12 VR = 10 kΩC = 220 µFvC(0) = 3 Vt = 1000 ms
vC = V

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​ = 4 ΩR3​ = 20 Ω+−V1​18 VR2​15 ΩAR4​10 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 + 10 = 30 Ω
R2 ∥ 30 = 15·30/(15+30) = 10 Ω
Req = R1 + 10 = 4 + 10 = 14 Ω

Струм джерела

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

IR1 = V1/Req = 18/14 = 1,286 A

Струм через R₂

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

VA = V1 − IR1·R1 = 18 − 1,286·4 = 12,86 V
IR2 = VA/R2 = 12,86/15 = 0,8571 A

Відповідь

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

Відповідь: IR2 = 4,823 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​ = 3 ΩR3​ = 12 ΩR5​ = 25 Ω+−V1​36 VR2​4 ΩAR4​25 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 = 25 + 6 = 31 Ω
R4 ∥ 31 = 13,84 Ω
R3 + 13,84 = 25,84 Ω
R2 ∥ 25,84 = 3,464 Ω
Req = R1 + 3,464 = 3 + 3,464 = 6,464 Ω

Струм джерела

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

IR1 = V1/Req = 36/6,464 = 5,569 A

Струм через R₂

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

VA = V1 − IR1·R1 = 36 − 5,569·3 = 19,29 V
IR2 = VA/R2 = 19,29/4 = 4,823 A

Відповідь

IR2 = 4,823 A
3.Метод вузлових потенціалів

Відповідь: PIs = 20,5 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/2 + (VA − 15)/10 + (VA − VB)/12 = 0
0,6833·VA − 0,08333·VB = 1,5

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/20 + (VB − VA)/12 = 1,5
−0,08333·VA + 0,1333·VB = 1,5

Розв’яжіть

Δ = (0,6833)(0,1333) − (−0,08333)(−0,08333) = 0,08417
VA = Δ1/Δ = 0,325/0,08417 = 3,861 V
VB = Δ2/Δ = 1,15/0,08417 = 13,66 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 = 13,66·1,5 = 20,5 W

Відповідь

PIs = 20,5 W
4.Метод вузлових потенціалів

Відповідь: IR4 = 7,368 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

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

(VA − V1)/R1 + VA/R2 + (VA − VB)/R3 = 0
0,7667·VA − 0,3333·VB = 12

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 = 0,25·VA
−0,5833·VA + 0,6667·VB = 0

Розв’яжіть

Δ = (0,7667)(0,6667) − (−0,3333)(−0,5833) = 0,3167
VA = Δ1/Δ = 8/0,3167 = 25,26 V
VB = Δ2/Δ = 7/0,3167 = 22,11 V

Струм через R₄

IR4 = VB/R4 = 22,11/3 = 7,368 A

Відповідь

IR4 = 7,368 A
5.Метод контурних струмів

Відповідь: IR1 = 0,3311 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​ = 12 Ω+−V1​9 VR3​10 ΩA+−V2​10 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) = 9
18·I1 − 10·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 + R3(I2 − I1) = −V2
12·I2 + 10(I2 − I1) = (−10)
−10·I1 + 22·I2 = −10

Розв’яжіть

Δ = (18)(22) − (−10)(−10) = 296
I1 = Δ1/Δ = 98/296 = 0,3311 A
I2 = Δ2/Δ = −90/296 = −0,3041 A

Відповідь

IR1 = I1 = 0,3311 A

Від’ємний контурний струм тече проти годинникової стрілки.

6.Метод контурних струмів

Відповідь: I1 = 0,3783 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​ = 5 ΩR2​ = 10 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​6 VR4​5 ΩAR5​5 ΩB+−V2​15 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
5·I1 + 5(I1 − I2) = 6
10·I1 − 5·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
10·I2 + 5(I2 − I1) + 5(I2 − I3) = 0
−5·I1 + 20·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
3·I3 + 5(I3 − I2) = (−15)
−5·I2 + 8·I3 = −15

Розв’яжіть

Δ = визначник матриці коефіцієнтів = 1150
I1 = Δ1/Δ = 435/1150 = 0,3783 A
I2 = Δ2/Δ = −510/1150 = −0,4435 A
I3 = Δ3/Δ = −2475/1150 = −2,152 A

Відповідь

I1 = 0,3783 A

Від’ємний контурний струм тече проти годинникової стрілки.

7.Метод накладання

Відповідь: I = 3,2 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 відгук як суму внесків

Кожен внесок пропорційний своєму джерелу з коефіцієнтом, що залежить лише від резисторів.

I = k₁·Vs + k₂·Is
5·k₁ + 6·k₂ = 4,2
12·k₁ + 8·k₂ = 8,8

Знайдіть коефіцієнти

Δ = (5)(8) − (6)(12) = −32
k₁ = Δ1/Δ = −19,2/−32 = 0,6
k₂ = Δ2/Δ = −6,4/−32 = 0,2
k₁ = 0,6 mA/V, k₂ = 0,2

Обчисліть новий струм

I = 0,6·5 + 0,2·1 = 3,2 mA

Відповідь

I = 3,2 mA
8.Метод накладання

Відповідь: I = 6 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 = 3,5
2·I₁ + I₂ + I₃ = 5,5
I₁ + I₂ − I₃ = −4,5

Знайдіть внески

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

Вимкніть V₂

I = I₁ + I₃ = 2 + 4 = 6 mA

Відповідь

I = 6 mA
9.Тевенен і Нортон

Відповідь: IL = 1,174 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​ = 2 ΩR3​ = 5 ΩКЗR2​6 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 = 2·6/(2+6) = 1,5 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 1,5 + 5 = 6,5 Ω
R1​ = 2 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​18 VR2​6 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) = 18·6/(2+6) = 13,5 V
Rth​ = 6,5 Ω+−Vth​13,5 VRL​5 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) = 13,5/(6,5 + 5) = 1,174 A
10.Тевенен і Нортон

Відповідь: Vth = 40,33 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​ = 5 ΩR3​ = 6 ΩКЗR2​25 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 = 5·25/(5+25) = 4,167 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 4,167 + 6 = 10,17 Ω
R1​ = 5 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​24 VR2​25 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) = 20 + 2·4,167 = 28,33 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 28,33 + 2·6 = 40,33 V
11.Схеми з операційними підсилювачами

Відповідь: Vout = 5,959 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₊ = 1,9 V
I = V₋/R1 = 1,9/22 = 0,08636 mA

Вихідна напруга

Струм через R₁ тече й через Rf.

Vout = V₋ + I·Rf = 1,9 + 0,08636·47 = 5,959 V

Відповідь

Vout = 5,959 V
12.Схеми з операційними підсилювачами

Відповідь: If = 0,1864 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 = 0,8/22 = 0,03636 mA
I2 = V2/R2 = 1,5/10 = 0,15 mA
If = I1 + I2 = 0,1864 mA

Відповідь

If = 0,1864 mA
13.Перехідні процеси RC і RL

Відповідь: W(∞) = 380,2 mJ

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 = 33 mH / 5 Ω = 6,6 ms
i(∞) = Vs/R = 24/5 = 4,8 A

Накопичена енергія

W(∞) = ½·L·i(∞)² = ½·33·4,8² = 380,2 mJ

Відповідь

W(∞) = 380,2 mJ
14.Перехідні процеси RC і RL

Відповідь: vC = 6,287 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.

Початкове значення, кінцеве значення, стала часу

Напруга на конденсаторі не може змінитися стрибком, тож вона починає з накопиченого значення й прямує до напруги джерела.

vC(0) = 3 V, vC(∞) = Vs = 12 V
τ = R·C = 10 kΩ · 220 µF = 2200 ms
vC(t) = 12 + (3 − 12)·e−t/τ

Напруга в заданий момент

vC(1000) = 12 + (−9)·e−1000/2200 = 6,287 V

Відповідь

vC = 6,287 V

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