电路分析(一):速成包

公式表、每个专题的关键方法步骤和 14 道练习题,完整解答附在最后。

新题目返回课程

在打印窗口中选择“另存为 PDF”,即可在设备上保存一份副本。

1公式与方法

串并联电阻

电阻串联
Req = R1 + R2 + …
电阻并联
1/Req = 1/R1 + 1/R2 + …
两个电阻并联
Req = R1R2 / (R1 + R2)
欧姆定律
V = I·R
功率
P = V·I = I²R = V²/R

方法

  1. 从离端子最远的网络末端开始。
  2. 串联电阻直接相加,并联电阻用 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …
  3. 每一步之后重新画电路。
  4. 重复直到端子之间只剩一个电阻。

节点分析

基尔霍夫电流定律
ΣIin = ΣIout
支路电流
I = (Va − Vb)/R
参考节点
Vground = 0

方法

  1. 选定参考节点(地),并标出其他节点电压。
  2. 在每个未知节点列基尔霍夫电流定律:流出各支路的电流等于流入的电流。
  3. 把每条支路电流表示为 (Va − Vb)/R。
  4. 解方程组,再求出所需的电流。

网孔分析

基尔霍夫电压定律
沿每个回路 ΣV = 0
公共电阻
电流 = I1 − I2
网孔中的电流源
直接确定该网孔电流

方法

  1. 在电路的每个网孔(窗口)中设一个顺时针电流。
  2. 对每个网孔应用基尔霍夫电压定律:电压降之和为零。
  3. 两个网孔共用的电阻中,电流为两个网孔电流之差。
  4. 解方程;结果为负表示电流实际方向相反。

叠加定理

叠加定理
x = x1 + x2 + … (one source at a time)
置零的电压源
短路 (0 V)
置零的电流源
开路 (0 A)
分压公式
V2 = V·R2/(R1 + R2)
分流公式
I1 = I·R2/(R1 + R2)

方法

  1. 数一数独立电源的个数。每个电源对应求解一个更简单的电路。
  2. 保留一个电源,将其他电源置零:电压源用短路(导线)代替,电流源用开路(断开)代替。
  3. 在简化后的电路中求所需的电压或电流,并注意其方向。
  4. 对每个电源重复上述步骤,再将各分量按符号相加。

戴维南和诺顿

戴维南电压
Vth = Vopen circuit
戴维南电阻
Rth:所有独立源置零,从 a–b 看进去
诺顿电流
IN = Vth/Rth
负载电流
IL = Vth/(Rth + RL)
最大功率传输
RL = Rth, Pmax = Vth²/(4Rth)

方法

  1. 移去负载,并标出两个端子 a 和 b。
  2. 求 a、b 之间的开路电压:这就是 Vth。
  3. 将所有独立电源置零,求从 a–b 看进去的电阻:这就是 Rth。
  4. 把负载接回等效电路:Vth 与 Rth 串联。
  5. 求诺顿等效电路时进行变换:IN = Vth/Rth,RN = Rth 并联。

运放电路

反相放大器
Vout = −(Rf/Rin)·Vin
同相放大器
Vout = (1 + Rf/R1)·Vin
加法放大器
Vout = −Rf(V1/R1 + V2/R2)
理想运放
V+ = V−, Iin = 0

RC 和 RL 暂态

时间常数
τ = RC | τ = L/R
响应
x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ
直流下的电容
开路;vC 不能突变
直流下的电感
短路;iL 不能突变
稳态
t ≈ 5τ

方法

  1. 求换路后瞬间的初始值:电容电压和电感电流不能突变。
  2. 求换路后很长时间的终值:电容相当于开路,电感相当于短路。
  3. 求时间常数:τ = RC 或 τ = L/R,使用从电容或电感两端看进去的电阻。
  4. 使用 x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ。

2练习题

1.串并联电阻中等
R1​ = 20 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​18 VR2​15 ΩIR2​AR4​4 ΩB

求流过 R2 的电流 IR2。

V1 = 18 VR1 = 20 ΩR2 = 15 ΩR3 = 5 ΩR4 = 4 Ω
IR2 = A
2.串并联电阻困难
R1​ = 30 ΩR3​ = 25 ΩR5​ = 20 Ω+−V1​9 VR2​4 ΩIR2​AR4​5 ΩBR6​30 Ω

求流过 R2 的电流 IR2。

V1 = 9 VR1 = 30 ΩR2 = 4 ΩR3 = 25 ΩR4 = 5 ΩR5 = 20 ΩR6 = 30 Ω
IR2 = A
3.节点分析中等
R1​ = 10 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​24 VR2​6 ΩAR4​6 ΩBIs​3 A

用节点分析法求电流源 Is 输出的功率 PIs。

V1 = 24 VIs = 3 AR1 = 10 ΩR2 = 6 ΩR3 = 6 ΩR4 = 6 Ω
PIs = W
4.节点分析困难
R1​ = 30 ΩR2​ = 30 ΩIR2​R4​ = 20 Ω+−V1​15 VR3​15 ΩAR5​20 ΩBIs​2.5 A−+V2​10 V

用节点分析法求 沿箭头方向流过 R2 的电流 IR2。

V1 = 15 VIs = 2.5 AV2 = 10 VR1 = 30 ΩR2 = 30 ΩR3 = 15 ΩR4 = 20 ΩR5 = 20 Ω
IR2 = A
5.网孔分析中等
R1​ = 12 ΩR2​ = 4 Ω+−V1​24 VR3​6 ΩA+−V2​18 VI1​I2​

用网孔分析法求 网孔电流 I2(顺时针)。

V1 = 24 VV2 = 18 VR1 = 12 ΩR2 = 4 ΩR3 = 6 Ω
I2 = A
6.网孔分析困难
R1​ = 12 ΩR2​ = 4 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​6 VR4​3 ΩAR5​12 ΩIR5​B+−V2​12 VI1​I2​I3​

用网孔分析法求 沿箭头方向流过 R5 的电流 IR5。

V1 = 6 VV2 = 12 VR1 = 12 ΩR2 = 4 ΩR3 = 5 ΩR4 = 3 ΩR5 = 12 Ω
IR5 = A
7.叠加定理中等
R1​ = 8 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​10 VR2​4 ΩIR2​AR4​3 ΩBIs​5 A

用叠加定理求 沿箭头方向流过 R2 的电流 IR2。

V1 = 10 VIs = 5 AR1 = 8 ΩR2 = 4 ΩR3 = 5 ΩR4 = 3 Ω
IR2 = A
8.叠加定理困难
R1​ = 15 ΩR2​ = 15 ΩR4​ = 12 ΩIR4​+−V1​6 VR3​8 ΩAIs​6 AB+−V2​5 V

用叠加定理求 沿箭头方向流过 R4 的电流 IR4。

V1 = 6 VIs = 6 AV2 = 5 VR1 = 15 ΩR2 = 15 ΩR3 = 8 ΩR4 = 12 Ω
IR4 = A
9.戴维南和诺顿中等
R1​ = 10 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​15 VR2​5 ΩARL​3 ΩIL​B

在 a–b 之间接入负载 RL = 3 Ω。将电路其余部分替换为戴维南等效电路,求负载电流 IL。

V1 = 15 VR1 = 10 ΩR2 = 5 ΩR3 = 8 ΩRL = 3 Ω
IL = A
10.戴维南和诺顿困难
R1​ = 10 ΩR3​ = 20 Ω+−V1​24 VR2​25 ΩAIs​5 ABab

求从端口 a–b 看进去的戴维南电压 Vth。

V1 = 24 VIs = 5 AR1 = 10 ΩR2 = 25 ΩR3 = 20 Ω
Vth = V
11.运放电路中等
−+Vout​Rf​ = ?R1​ = 22 kΩVin​

选择反馈电阻 Rf,使该同相放大器的电压增益为 15。

R1 = 22 kΩAv = 15
Rf = kΩ
12.运放电路困难
−+Vout​C = 1 µFVin​ = 2.1 VR = 47 kΩ

积分器使用采用 ±15 V 电源的理想运放;其输出饱和电压为 ±14 V。在 t = 0 施加恒定输入 Vin = 2.1 V 时,电容未充电。 t = 0 之后多长时间输出达到饱和?求 t。

Vin = 2.1 VR = 47 kΩC = 1 µFVsat = ±14 V
t = ms
13.RC 和 RL 暂态中等
+−Vs​5 Vt = 0R = 10 ΩL10 mHi(t)

开关在 t = 0 闭合前,电感中没有电流。 求 t = 1 ms 时的电流 i。

Vs = 5 VR = 10 ΩL = 10 mHt = 1 ms
i = A
14.RC 和 RL 暂态困难
+−Vs​6 Vt = 0R = 6.8 kΩC33 µF+−vC​vC​(0) = 8 V

开关在 t = 0 闭合前的一瞬间,电容电压为 8 V,极性如图所示。 求 t = 400 ms 时的电容电压 vC。

Vs = 6 VR = 6.8 kΩC = 33 µFvC(0) = 8 Vt = 400 ms
vC = V

3溶液

1.串并联电阻

答案: IR2 = 0.2634 A

串联和并联电阻:串联时每个电阻流过相同电流,R = R₁ + R₂ + …。并联时每个电阻两端电压相同,1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …。梯形网络每次合并一对,直到只剩一个等效电阻。

R1​ = 20 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​18 VR2​15 ΩAR4​4 ΩB

从远端开始合并电阻

从离电源最远的一端开始,逐步向电源合并。流过相同电流的电阻为串联;接在同一对节点之间的电阻为并联。

R3 + R4 = 5 + 4 = 9 Ω
R2 ∥ 9 = 15·9/(15+9) = 5.625 Ω
Req = R1 + 5.625 = 20 + 5.625 = 25.63 Ω

电源电流

电源只看到 Req,由欧姆定律得到它输出的电流。该电流流过 R₁。

IR1 = V1/Req = 18/25.63 = 0.7024 A

流过 R₂ 的电流

减去 R₁ 上的压降得到节点 A 的电压,即 R₂ 两端的电压。

VA = V1 − IR1·R1 = 18 − 0.7024·20 = 3.951 V
IR2 = VA/R2 = 3.951/15 = 0.2634 A

答案

IR2 = 0.2634 A
2.串并联电阻

答案: IR2 = 0.2365 A

串联和并联电阻:串联时每个电阻流过相同电流,R = R₁ + R₂ + …。并联时每个电阻两端电压相同,1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …。梯形网络每次合并一对,直到只剩一个等效电阻。

R1​ = 30 ΩR3​ = 25 ΩR5​ = 20 Ω+−V1​9 VR2​4 ΩAR4​5 ΩBR6​30 Ω

从远端开始合并电阻

从离电源最远的一端开始,逐步向电源合并。流过相同电流的电阻为串联;接在同一对节点之间的电阻为并联。

R5 + R6 = 20 + 30 = 50 Ω
R4 ∥ 50 = 4.545 Ω
R3 + 4.545 = 29.55 Ω
R2 ∥ 29.55 = 3.523 Ω
Req = R1 + 3.523 = 30 + 3.523 = 33.52 Ω

电源电流

电源只看到 Req,由欧姆定律得到它输出的电流。该电流流过 R₁。

IR1 = V1/Req = 9/33.52 = 0.2685 A

流过 R₂ 的电流

减去 R₁ 上的压降得到节点 A 的电压,即 R₂ 两端的电压。

VA = V1 − IR1·R1 = 9 − 0.2685·30 = 0.9458 V
IR2 = VA/R2 = 0.9458/4 = 0.2365 A

答案

IR2 = 0.2365 A
3.节点分析

答案: PIs = 43.71 W

节点分析法:选定参考节点,标出未知节点电压,利用欧姆定律 (I = ΔV/R) 在每个未知节点列基尔霍夫电流定律方程,并求解方程组。

节点 A 的 KCL

经电阻流出 A 的电流等于电源注入 A 的电流。

VA/R2 + (VA − V1)/R1 + (VA − VB)/R3 = 0
VA/6 + (VA − 24)/10 + (VA − VB)/6 = 0
0.4333·VA − 0.1667·VB = 2.4

节点 B 的 KCL

经电阻流出 B 的电流等于电源注入 B 的电流。

VB/R4 + (VB − VA)/R3 = Is
VB/6 + (VB − VA)/6 = 3
−0.1667·VA + 0.3333·VB = 3

求解

Δ = (0.4333)(0.3333) − (−0.1667)(−0.1667) = 0.1167
VA = Δ1/Δ = 1.3/0.1167 = 11.14 V
VB = Δ2/Δ = 1.7/0.1167 = 14.57 V

电流源输出的功率

电源把 Iₛ 从地(0 V)向上注入节点 B,即升到 VB。电流从其 + 端流出的电源输出功率 P = V·I。

PIs = VB·Is = 14.57·3 = 43.71 W

答案

PIs = 43.71 W
4.节点分析

答案: IR2 = −0.3 A

节点分析法:选定参考节点,标出未知节点电压,利用欧姆定律 (I = ΔV/R) 在每个未知节点列基尔霍夫电流定律方程,并求解方程组。

R1​ = 30 ΩR2​ = 30 ΩR4​ = 20 Ω+−V1​15 VR3​15 ΩAR5​20 ΩBIs​2.5 A−+V2​10 V

设定节点

地为底部导线。已知节点电压直接来自电源(V1 = 15 V, V2 = −10 V)。未知量:VA, VB。

节点 A 的 KCL

经电阻流出 A 的电流等于电源注入 A 的电流。

VA/R3 + (VA − V1)/R1 + (VA − VB)/R2 = 0
VA/15 + (VA − 15)/30 + (VA − VB)/30 = 0
0.1333·VA − 0.03333·VB = 0.5

节点 B 的 KCL

经电阻流出 B 的电流等于电源注入 B 的电流。

VB/R5 + (VB − VA)/R2 + (VB − V2)/R4 = Is
VB/20 + (VB − VA)/30 + (VB − (−10))/20 = 2.5
−0.03333·VA + 0.1333·VB = 2

求解

Δ = (0.1333)(0.1333) − (−0.03333)(−0.03333) = 0.01667
VA = Δ1/Δ = 0.1333/0.01667 = 8 V
VB = Δ2/Δ = 0.2833/0.01667 = 17 V

答案

IR2 = (VA − VB)/R2 = (8 − 17)/30 = −0.3 A
5.网孔分析

答案: I2 = −1.25 A

网孔分析法:给平面电路的每个窗口设一个回路电流,沿每个回路列基尔霍夫电压定律(电压降之和 = 电压升之和)并求解。支路电流就是网孔电流,或共用支路上两个网孔电流之差。

R1​ = 12 ΩR2​ = 4 Ω+−V1​24 VR3​6 ΩA+−V2​18 VI1​I2​

设定网孔电流

在每个窗口画一个顺时针电流:I1, I2。两个网孔共用的电阻流过两者电流之差。

网孔 1 的 KVL

顺时针绕行时,电阻上的电压降等于电源的电压升(沿绕行方向从 − 到 +)。

R1·I1 + R3(I1 − I2) = V1
12·I1 + 6(I1 − I2) = 24
18·I1 − 6·I2 = 24

网孔 2 的 KVL

顺时针绕行时,电阻上的电压降等于电源的电压升(沿绕行方向从 − 到 +)。

R2·I2 + R3(I2 − I1) = −V2
4·I2 + 6(I2 − I1) = (−18)
−6·I1 + 10·I2 = −18

求解

Δ = (18)(10) − (−6)(−6) = 144
I1 = Δ1/Δ = 132/144 = 0.9167 A
I2 = Δ2/Δ = −180/144 = −1.25 A

答案

I2 = −1.25 A

网孔电流为负表示逆时针流动。

6.网孔分析

答案: IR5 = 0.4905 A

网孔分析法:给平面电路的每个窗口设一个回路电流,沿每个回路列基尔霍夫电压定律(电压降之和 = 电压升之和)并求解。支路电流就是网孔电流,或共用支路上两个网孔电流之差。

R1​ = 12 ΩR2​ = 4 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​6 VR4​3 ΩAR5​12 ΩB+−V2​12 VI1​I2​I3​

设定网孔电流

在每个窗口画一个顺时针电流:I1, I2, I3。两个网孔共用的电阻流过两者电流之差。

网孔 1 的 KVL

顺时针绕行时,电阻上的电压降等于电源的电压升(沿绕行方向从 − 到 +)。

R1·I1 + R4(I1 − I2) = V1
12·I1 + 3(I1 − I2) = 6
15·I1 − 3·I2 = 6

网孔 2 的 KVL

顺时针绕行时,电阻上的电压降等于电源的电压升(沿绕行方向从 − 到 +)。

R2·I2 + R4(I2 − I1) + R5(I2 − I3) = 0
4·I2 + 3(I2 − I1) + 12(I2 − I3) = 0
−3·I1 + 19·I2 − 12·I3 = 0

网孔 3 的 KVL

顺时针绕行时,电阻上的电压降等于电源的电压升(沿绕行方向从 − 到 +)。

R3·I3 + R5(I3 − I2) = −V2
5·I3 + 12(I3 − I2) = (−12)
−12·I2 + 17·I3 = −12

求解

Δ = 系数矩阵的行列式 = 2532
I1 = Δ1/Δ = 642/2532 = 0.2536 A
I2 = Δ2/Δ = −1854/2532 = −0.7322 A
I3 = Δ3/Δ = −3096/2532 = −1.223 A

答案

IR5 = I2 − I3 = 0.4905 A

网孔电流为负表示逆时针流动。

7.叠加定理

答案: IR2 = −0.3125 A

叠加定理:在线性电路中,任何电压或电流都等于各独立源单独作用时响应之和。要置零一个电源,将理想电压源换成短路,理想电流源换成开路。电阻保持不变。

R1​ = 8 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​10 VR2​4 ΩAR4​3 ΩB开路

情况 1 · V1 单独作用

Iₛ 变为开路,因此 R₃ 和 R₄ 构成一条从 A 到地的串联支路,与 R₂ 并联。

R3+R4 = 5+3 = 8 Ω
R2 ∥ (R3+R4) = 4·8/(4+8) = 2.667 Ω
VA = 10·2.667/(8+2.667) = 2.5 V
VB = VA·R4/(R3+R4) = 2.5·3/8 = 0.9375 V
IR2′ = (VA − 0)/R2 = (2.5 − 0)/4 = 0.625 A
R1​ = 8 ΩR3​ = 5 Ω短路R2​4 ΩAR4​3 ΩBIs​5 A

情况 2 · Is 单独作用

V₁ 变为短路,因此 R₁ 与 R₂ 并联。Iₛ 在 B 点分流到 R₄ 和经过 R₃ 的路径。

R1 ∥ R2 = 8·4/(8+4) = 2.667 Ω
Req = R4 ∥ (R3+R1∥R2) = 3 ∥ 7.667 = 2.156 Ω
VB = Is·Req = (−5)·2.156 = −10.78 V
VA = VB·(R1∥R2)/(R3+R1∥R2) = −10.78·2.667/7.667 = −3.75 V
IR2″ = (VA − 0)/R2 = (−3.75 − 0)/4 = −0.9375 A

叠加各分量

IR2 = IR2′ + IR2″
IR2 = 0.625 + (−0.9375) = −0.3125 A

结果为负表示实际上 电流与箭头方向相反。

8.叠加定理

答案: IR4 = −3.856 A

叠加定理:在线性电路中,任何电压或电流都等于各独立源单独作用时响应之和。要置零一个电源,将理想电压源换成短路,理想电流源换成开路。电阻保持不变。

R1​ = 15 ΩR2​ = 15 ΩR4​ = 12 Ω+−V1​6 VR3​8 ΩA开路B短路

情况 1 · V1 单独作用

V₂ 变为短路,Iₛ 变为开路。从 A 看去,R₃ 与串联的 R₂+R₄ 并联。

R3 ∥ (R2+R4) = 8 ∥ 27 = 6.171 Ω
VA = 6·6.171/(15+6.171) = 1.749 V
VB = VA·R4/(R2+R4) = 1.749·12/27 = 0.7773 V
IR4′ = (VB − V2)/R4 = (0.7773 − 0)/12 = 0.06478 A
R1​ = 15 ΩR2​ = 15 ΩR4​ = 12 Ω短路R3​8 ΩAIs​6 AB短路

情况 2 · Is 单独作用

两个电压源都变为短路。Iₛ 在 B 点分流到 R₄(现在接地)和与 R₁ ∥ R₃ 串联的 R₂。

R1 ∥ R3 = 5.217 Ω,所以左侧路径为 R2+5.217 = 20.22 Ω
Req = R4 ∥ 20.22 = 7.53 Ω
VB = Is·Req = (−6)·7.53 = −45.18 V
VA = VB·5.217/20.22 = −11.66 V
IR4″ = (VB − V2)/R4 = (−45.18 − 0)/12 = −3.765 A
R1​ = 15 ΩR2​ = 15 ΩR4​ = 12 Ω短路R3​8 ΩA开路B+−V2​5 V

情况 3 · V2 单独作用

V₁ 变为短路,Iₛ 变为开路。R₁ ∥ R₃ 接在 A 上,再与 R₂ 串联回到 B。

R1 ∥ R3 = 15·8/(15+8) = 5.217 Ω
VB = V2·(R2+R1∥R3)/(R4+R2+R1∥R3) = 5·20.22/32.22 = 3.138 V
VA = VB·(R1∥R3)/(R2+R1∥R3) = 3.138·5.217/20.22 = 0.8097 V
IR4‴ = (VB − V2)/R4 = (3.138 − 5)/12 = −0.1552 A

叠加各分量

IR4 = IR4′ + IR4″ + IR4‴
IR4 = 0.06478 + (−3.765) + (−0.1552) = −3.856 A

结果为负表示实际上 电流与箭头方向相反。

9.戴维南和诺顿

答案: IL = 0.3488 A

戴维南定理:任何线性二端网络都等效为一个电压源 Vth 串联一个电阻 Rth。诺顿定理则把同一网络等效为电流源 IN = Vth/Rth 与 Rth 并联。

R1​ = 10 ΩR3​ = 8 Ω短路R2​5 ΩAabRth​

将所有电源置零,求 Rth

电压源换成短路,电流源换成开路,然后从 a–b 看进电路。

R1 ∥ R2 = 10·5/(10+5) = 3.333 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 3.333 + 8 = 11.33 Ω
R1​ = 10 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​15 VR2​5 ΩAab+−Vth​

求开路电压 Vth

a–b 开路时 R₃ 中没有电流,因此其上无压降,V_b = V_A。R₁ 和 R₂ 构成分压电路。

Vth = V1·R2/(R1+R2) = 15·5/(10+5) = 5 V
Rth​ = 11.33 Ω+−Vth​5 VRL​3 ΩIL​

将负载接到戴维南等效电路上

戴维南电源与串联的 R_th 在 a–b 处的表现与原电路完全相同,因此负载看到的是一个简单串联回路。

IL = Vth/(Rth + RL) = 5/(11.33 + 3) = 0.3488 A
10.戴维南和诺顿

答案: Vth = −118.6 V

戴维南定理:任何线性二端网络都等效为一个电压源 Vth 串联一个电阻 Rth。诺顿定理则把同一网络等效为电流源 IN = Vth/Rth 与 Rth 并联。

R1​ = 10 ΩR3​ = 20 Ω短路R2​25 ΩA开路BabRth​

将所有电源置零,求 Rth

电压源换成短路,电流源换成开路,然后从 a–b 看进电路。

R1 ∥ R2 = 10·25/(10+25) = 7.143 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 7.143 + 20 = 27.14 Ω
R1​ = 10 ΩR3​ = 20 Ω+−V1​24 VR2​25 ΩAIs​5 ABab+−Vth​

求开路电压 Vth

a–b 开路时,Iₛ 只能经 R₃ 流入节点 A。用 V₁ 和 Iₛ 叠加求 V_A,再加上 R₃ 上的压降。

VA = V1·R2/(R1+R2) + Is·(R1∥R2) = 17.14 + (−5)·7.143 = −18.57 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = −18.57 + (−5)·20 = −118.6 V
11.运放电路

答案: Rf = 308 kΩ

理想运放规则:在负反馈下,运放调节输出使两个输入端电压相等 (V₋ = V₊),且没有电流流入任一输入端。利用这两点在反相输入端列 KCL 即可得到输出。

同相放大器的增益

V₋ = V₊ = Vin,且流过 R₁ 的电流也流过 Rf,所以 Vout = Vin·(1 + Rf/R₁)。

Av = 1 + Rf/R1
Rf = (15 − 1)·22 = 308 kΩ

答案

Rf = 308 kΩ
12.运放电路

答案: t = 313.3 ms

理想运放规则:在负反馈下,运放调节输出使两个输入端电压相等 (V₋ = V₊),且没有电流流入任一输入端。利用这两点在反相输入端列 KCL 即可得到输出。

输入电流和斜坡速率

kΩ 乘以 µF 得到毫秒。

RC = 47 kΩ · 1 µF = 47 ms
斜坡速率 = −Vin/(RC) = −2.1/47 = −0.04468 V/ms

达到饱和的时间

|Vin|·t/(RC) = Vsat → t = Vsat·RC/|Vin| = 14·47/2.1 = 313.3 ms

答案

t = 313.3 ms
13.RC 和 RL 暂态

答案: i = 0.3161 A

一阶暂态:在只含一个电容或一个电感的电路中,每个电压和电流都从初始值按指数规律变化到终值:x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ,其中 τ = RC 或 τ = L/R。约 5τ 后电路进入稳态。

时间常数和终值电流

开关闭合很久后,电感相当于短路,因此终值电流只由 R 决定。

τ = L/R = 10 mH / 10 Ω = 1 ms
i(∞) = Vs/R = 5/10 = 0.5 A

给定时刻的电流

i(t) = i(∞)·(1 − e−t/τ) = 0.5·(1 − e−1/1) = 0.3161 A

答案

i = 0.3161 A
14.RC 和 RL 暂态

答案: vC = 6.336 V

一阶暂态:在只含一个电容或一个电感的电路中,每个电压和电流都从初始值按指数规律变化到终值:x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ,其中 τ = RC 或 τ = L/R。约 5τ 后电路进入稳态。

初始值、终值、时间常数

电容电压不能突变,所以它从储存值开始,趋向电源电压。

vC(0) = 8 V, vC(∞) = Vs = 6 V
τ = R·C = 6.8 kΩ · 33 µF = 224.4 ms
vC(t) = 6 + (8 − 6)·e−t/τ

给定时刻的电压

vC(400) = 6 + (2)·e−400/224.4 = 6.336 V

答案

vC = 6.336 V

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