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​ = 12 ΩIR1​R3​ = 15 Ω+−V1​10 VR2​6 ΩAR4​8 ΩB

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

V1 = 10 VR1 = 12 ΩR2 = 6 ΩR3 = 15 ΩR4 = 8 Ω
IR1 = A
2.Послідовні й паралельні резисториСкладна
R1​ = 2 ΩR3​ = 4 ΩR5​ = 20 Ω+−V1​36 VR2​3 ΩAR4​20 ΩBR6​10 Ω

Знайдіть еквівалентний опір Req, який бачить джерело V1.

V1 = 36 VR1 = 2 ΩR2 = 3 ΩR3 = 4 ΩR4 = 20 ΩR5 = 20 ΩR6 = 10 Ω
Req = Ω
3.Метод вузлових потенціалівСередня
−+Vs​ = 3 VIs​2,5 AAR1​4 ΩR2​4 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 VB (відносно землі).

Is = 2,5 AVs = 3 VR1 = 4 ΩR2 = 4 Ω
VB = V
4.Метод вузлових потенціалівСкладна
R1​ = 4 Ω+−Vs​ = 6 V+−V1​30 VR2​25 ΩAR3​15 ΩBIs​2,5 A

Джерело напруги Vₛ між A і B має затискач + біля A, тож забезпечує VA − VB = Vₛ. Методом вузлових потенціалів із надвузлом знайдіть вузлову напругу VB (відносно землі).

V1 = 30 VIs = 2,5 AVs = 6 VR1 = 4 ΩR2 = 25 ΩR3 = 15 Ω
VB = V
5.Метод контурних струмівСередня
R1​ = 6 ΩIR1​R2​ = 6 Ω+−V1​30 VR3​15 ΩA+−V2​6 VI1​I2​

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

V1 = 30 VV2 = 6 VR1 = 6 ΩR2 = 6 ΩR3 = 15 Ω
IR1 = A
6.Метод контурних струмівСкладна
R1​ = 5 ΩR2​ = 4 Ω+−VR2​R3​ = 30 Ω+−V1​9 VR4​5 ΩAR5​25 ΩB+−V2​18 VI1​I2​I3​

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

V1 = 9 VV2 = 18 VR1 = 5 ΩR2 = 4 ΩR3 = 30 ΩR4 = 5 ΩR5 = 25 Ω
VR2 = V
7.Метод накладанняСередня
R1​ = 2 ΩR3​ = 20 ΩIR3​+−V1​18 VR2​15 ΩAR4​2 ΩBIs​?

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

V1 = 18 VR1 = 2 ΩR2 = 15 ΩR3 = 20 ΩR4 = 2 Ω
Is = A
8.Метод накладанняСкладна
R1​ = 10 ΩR2​ = 5 ΩR4​ = 12 Ω+−V1​6 VR3​8 ΩIR3​AIs​4 AB+−V2​?

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

V1 = 6 VIs = 4 AR1 = 10 ΩR2 = 5 ΩR3 = 8 ΩR4 = 12 Ω
V2 = V
9.Тевенен і НортонСередня
R1​ = 2 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​15 VR2​5 ΩAab

Знайдіть напругу Тевенена Vth з боку затискачів a–b.

V1 = 15 VR1 = 2 ΩR2 = 5 ΩR3 = 6 Ω
Vth = V
10.Тевенен і НортонСкладна
R1​ = 12 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​12 VR2​4 ΩAIs​6 ABRL​2 ΩIL​

До a–b підключено навантаження RL = 2 Ω. Замініть решту кола еквівалентом Тевенена і знайдіть струм навантаження IL.

V1 = 12 VIs = 6 AR1 = 12 ΩR2 = 4 ΩR3 = 5 ΩRL = 2 Ω
IL = A
11.Схеми з операційними підсилювачамиСередня
−+Vout​Rf​ = 22 kΩR1​ = 10 kΩVin​ = −1,8 V

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

Vin = −1,8 VR1 = 10 kΩRf = 22 kΩ
Vout = V
12.Схеми з операційними підсилювачамиСкладна
−+Vout​Rf​ = 4,7 kΩV1​ = 0,8 VR1​ = 22 kΩV2​ = 0,4 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 = 0,8 VV2 = 0,4 VR1 = 22 kΩR2 = 2 kΩRf = 4,7 kΩ
If = mA
13.Перехідні процеси RC і RLСередня
R = 68 Ωt = 0L33 mHi(t)

Через котушку тече сталий струм 2 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 = 1 ms.

i(0) = 2 AR = 68 ΩL = 33 mHt = 1 ms
i = A
14.Перехідні процеси RC і RLСкладна
+−Vs​20 Vрозмикається при t = 0R1​ = 3,3 kΩR2​ = 2,2 kΩC22 µF+−vC​

Ключ був замкнений тривалий час, тож коло в усталеному режимі. При t = 0 ключ розмикається. Знайдіть напругу на конденсаторі vC у момент t = 60 ms.

Vs = 20 VR1 = 3,3 kΩR2 = 2,2 kΩC = 22 µFt = 60 ms
vC = V

3Розчини

1.Послідовні й паралельні резистори

Відповідь: IR1 = 0,5967 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​ = 12 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​10 VR2​6 ΩAR4​8 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 = 15 + 8 = 23 Ω
R2 ∥ 23 = 6·23/(6+23) = 4,759 Ω
Req = R1 + 4,759 = 12 + 4,759 = 16,76 Ω

Струм джерела

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

IR1 = V1/Req = 10/16,76 = 0,5967 A

Відповідь

IR1 = 0,5967 A
2.Послідовні й паралельні резистори

Відповідь: Req = 4,526 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​ = 2 ΩR3​ = 4 ΩR5​ = 20 Ω+−V1​36 VR2​3 ΩAR4​20 ΩBR6​10 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 = 20 + 10 = 30 Ω
R4 ∥ 30 = 12 Ω
R3 + 12 = 16 Ω
R2 ∥ 16 = 2,526 Ω
Req = R1 + 2,526 = 2 + 2,526 = 4,526 Ω

Відповідь

Req = 4,526 Ω
3.Метод вузлових потенціалів

Відповідь: VB = 6,5 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 + 3
VA/R1 + VB/R2 = Is

Розв’яжіть

VA/4 + (VA + 3)/4 = 2,5
VA = (2,5 − 3/4)/(1/4 + 1/4) = 3,5 V
VB = 3,5 + 3 = 6,5 V

Відповідь

VB = 6,5 V
4.Метод вузлових потенціалів

Відповідь: VB = 23,16 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 − 6
(VA − V1)/R1 + VA/R2 + VB/R3 = Is

Розв’яжіть

(VA − 30)/4 + VA/25 + (VA − 6)/15 = 2,5
VA·(1/4 + 1/25 + 1/15) = 2,5 + 30/4 + 6/15 = 10,4
VA = 10,4/0,3567 = 29,16 V
VB = 23,16 V

Відповідь

VB = 23,16 V
5.Метод контурних струмів

Відповідь: IR1 = 2,5 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​ = 6 ΩR2​ = 6 Ω+−V1​30 VR3​15 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
6·I1 + 15(I1 − I2) = 30
21·I1 − 15·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
6·I2 + 15(I2 − I1) = (−6)
−15·I1 + 21·I2 = −6

Розв’яжіть

Δ = (21)(21) − (−15)(−15) = 216
I1 = Δ1/Δ = 540/216 = 2,5 A
I2 = Δ2/Δ = 324/216 = 1,5 A

Відповідь

IR1 = I1 = 2,5 A

Від’ємний контурний струм тече проти годинникової стрілки.

6.Метод контурних струмів

Відповідь: VR2 = −0,7314 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​ = 4 ΩR3​ = 30 Ω+−V1​9 VR4​5 ΩAR5​25 ΩB+−V2​18 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) = 9
10·I1 − 5·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
4·I2 + 5(I2 − I1) + 25(I2 − I3) = 0
−5·I1 + 34·I2 − 25·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
30·I3 + 25(I3 − I2) = (−18)
−25·I2 + 55·I3 = −18

Розв’яжіть

Δ = визначник матриці коефіцієнтів = 11075
I1 = Δ1/Δ = 8955/11075 = 0,8086 A
I2 = Δ2/Δ = −2025/11075 = −0,1828 A
I3 = Δ3/Δ = −4545/11075 = −0,4104 A

Відповідь

IR2 = I2 = −0,1828 A
VR2 = IR2·R2 = −0,1828·4 = −0,7314 V

Від’ємний контурний струм тече проти годинникової стрілки.

7.Метод накладання

Відповідь: Is = 7,941 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​ = 20 Ω+−V1​18 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 = 20+2 = 22 Ω
R2 ∥ (R3+R4) = 15·22/(15+22) = 8,919 Ω
VA = 18·8,919/(2+8,919) = 14,7 V
VB = VA·R4/(R3+R4) = 14,7·2/22 = 1,337 V
IR3′ = (VA − VB)/R3 = (14,7 − 1,337)/20 = 0,6683 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 = 1,765 Ω
IR3″ = −Is·R4/(R4 + R3 + R1∥R2) = −Is·2/23,76 = −0,08416·Is

Прирівняйте суму до нуля

IR3′ + IR3″ = 0,6683 − 0,08416·Is = 0
Is = 0,6683/0,08416 = 7,941 A

Відповідь

Is = 7,941 A
8.Метод накладання

Відповідь: V2 = 37,8 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​ = 10 ΩR2​ = 5 ΩR4​ = 12 Ω+−V1​6 VR3​8 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) = 8 ∥ 17 = 5,44 Ω
VA = 6·5,44/(10+5,44) = 2,114 V
VB = VA·R4/(R2+R4) = 2,114·12/17 = 1,492 V
R1​ = 10 ΩR2​ = 5 ΩR4​ = 12 ΩКЗR3​8 ΩAIs​4 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 = 4,444 Ω, тож лівий шлях — R2+4,444 = 9,444 Ω
Req = R4 ∥ 9,444 = 5,285 Ω
VB = −Is·Req = −4·5,285 = −21,14 V
VA = VB·4,444/9,444 = −9,948 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 = 4,444 Ω
VA‴ = V2·4,444/(12 + 5 + 4,444) = 0,2073·V2

Прирівняйте VA до нуля

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

VA′ + VA″ + VA‴ = 2,114 + (−9,948) + 0,2073·V2 = 0
V2 = 7,834/0,2073 = 37,8 V

Відповідь

V2 = 37,8 V
9.Тевенен і Нортон

Відповідь: Vth = 10,71 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​ = 2 ΩR3​ = 6 ΩКЗR2​5 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 = 2·5/(2+5) = 1,429 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 1,429 + 6 = 7,429 Ω
R1​ = 2 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​15 VR2​5 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) = 15·5/(2+5) = 10,71 V
10.Тевенен і Нортон

Відповідь: IL = 5,1 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​ = 12 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 = 12·4/(12+4) = 3 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 3 + 5 = 8 Ω
R1​ = 12 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​12 VR2​4 ΩAIs​6 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 + 6·3 = 21 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 21 + 6·5 = 51 V
Rth​ = 8 Ω+−Vth​51 VRL​2 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) = 51/(8 + 2) = 5,1 A
11.Схеми з операційними підсилювачами

Відповідь: Vout = −5,76 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₊ = −1,8 V
I = V₋/R1 = −1,8/10 = −0,18 mA

Вихідна напруга

Струм через R₁ тече й через Rf.

Vout = V₋ + I·Rf = −1,8 + (−0,18)·22 = −5,76 V

Відповідь

Vout = −5,76 V
12.Схеми з операційними підсилювачами

Відповідь: If = 0,2364 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 = 0,4/2 = 0,2 mA
If = I1 + I2 = 0,2364 mA

Відповідь

If = 0,2364 mA
13.Перехідні процеси RC і RL

Відповідь: i = 0,2548 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 = 33 mH / 68 Ω = 0,4853 ms

Спадання струму

i(t) = 2·e−1/0,4853 = 0,2548 A

Відповідь

i = 0,2548 A
14.Перехідні процеси RC і RL

Відповідь: vC = 2,316 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.

Початкова напруга на конденсаторі

В усталеному режимі конденсатор — розрив кола, тож R₁ і R₂ утворюють подільник напруги. Напруга на конденсаторі не може змінитися стрибком у момент розмикання ключа.

vC(0) = 20·2,2/(3,3 + 2,2) = 8 V

Стала часу після розмикання ключа

τ = R2·C = 2,2·22 = 48,4 ms

Розряджання

vC(t) = 8·e−60/48,4 = 2,316 V

Відповідь

vC = 2,316 V

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