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​ = 15 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​24 VR2​4 ΩIR2​AR4​5 ΩB

求流过 R2 的电流 IR2。

V1 = 24 VR1 = 15 ΩR2 = 4 ΩR3 = 15 ΩR4 = 5 Ω
IR2 = A
2.串并联电阻困难
R1​ = 5 ΩIR1​R3​ = 6 ΩR5​ = 8 Ω+−V1​36 VR2​3 ΩAR4​10 ΩBR6​12 Ω

求电源输出并流过 R1 的电流 IR1。

V1 = 36 VR1 = 5 ΩR2 = 3 ΩR3 = 6 ΩR4 = 10 ΩR5 = 8 ΩR6 = 12 Ω
IR1 = A
3.节点分析中等
R1​ = 15 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​10 VR2​3 ΩAR4​10 ΩBIs​2.5 A

用节点分析法求电流源 Is 输出的功率 PIs。

V1 = 10 VIs = 2.5 AR1 = 15 ΩR2 = 3 ΩR3 = 5 ΩR4 = 10 Ω
PIs = W
4.节点分析困难
R1​ = 25 ΩIR1​R2​ = 30 ΩR4​ = 25 Ω+−V1​18 VR3​2 ΩAR5​2 ΩBIs​1.5 A+−V2​36 V

用节点分析法求 沿箭头方向流过 R1 的电流 IR1。

V1 = 18 VIs = 1.5 AV2 = 36 VR1 = 25 ΩR2 = 30 ΩR3 = 2 ΩR4 = 25 ΩR5 = 2 Ω
IR1 = A
5.网孔分析中等
R1​ = 10 ΩR2​ = 20 ΩIR2​+−V1​6 VR3​3 ΩA+−V2​10 VI1​I2​

用网孔分析法求 沿箭头方向流过 R2 的电流 IR2。

V1 = 6 VV2 = 10 VR1 = 10 ΩR2 = 20 ΩR3 = 3 Ω
IR2 = A
6.网孔分析困难
R1​ = 25 ΩIR1​R2​ = 8 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​10 VR4​5 ΩAR5​30 ΩB+−V2​30 VI1​I2​I3​

用网孔分析法求 沿箭头方向流过 R1 的电流 IR1。

V1 = 10 VV2 = 30 VR1 = 25 ΩR2 = 8 ΩR3 = 6 ΩR4 = 5 ΩR5 = 30 Ω
IR1 = A
7.叠加定理中等
R1​ = 15 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​30 VR2​8 Ω+−VR2​AR4​6 ΩBIs​2 A

用叠加定理求 R2 两端按图示极性的电压 VR2。

V1 = 30 VIs = 2 AR1 = 15 ΩR2 = 8 ΩR3 = 4 ΩR4 = 6 Ω
VR2 = V
8.叠加定理困难
R1​ = 8 ΩR2​ = 3 ΩR4​ = 15 ΩIR4​+−V1​36 VR3​5 ΩAIs​2 AB−+V2​10 V

用叠加定理求 R4 吸收的功率 PR4。

V1 = 36 VIs = 2 AV2 = 10 VR1 = 8 ΩR2 = 3 ΩR3 = 5 ΩR4 = 15 Ω
PR4 = W
9.戴维南和诺顿中等
R1​ = 10 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​6 VR2​5 ΩARL​4 ΩIL​B

在 a–b 之间接入负载 RL = 4 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 = 6 VR1 = 10 ΩR2 = 5 ΩR3 = 15 ΩRL = 4 Ω
IL = A
10.戴维南和诺顿困难
R1​ = 5 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​6 VR2​2 ΩAIs​1.5 ABab

求诺顿电流 IN:端口短路时从 a 流向 b 的电流。

V1 = 6 VIs = 1.5 AR1 = 5 ΩR2 = 2 ΩR3 = 8 Ω
IN = A
11.运放电路中等
−+Vout​Rf​ = ?R1​ = 10 kΩVin​

选择反馈电阻 Rf,使该同相放大器的电压增益为 8。

R1 = 10 kΩAv = 8
Rf = kΩ
12.运放电路困难
−+Vout​C = 1 µFVin​ = −2.6 VR = 100 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 = −2.6 V 时,电容未充电。 求 t = 200 ms 时的输出电压 Vout。

Vin = −2.6 VR = 100 kΩC = 1 µFVsat = ±14 Vt = 200 ms
Vout = V
13.RC 和 RL 暂态中等
+−Vs​6 Vt = 0R1​ = 2.2 kΩR2​ = 2.2 kΩC10 µF+−vC​

电源 Vₛ 通过 R₁ 给电容充电,R₂ 与 C 并联。 开关在 t = 0 闭合时电容未充电。 求 t = 20 ms 时的电容电压 vC。

Vs = 6 VR1 = 2.2 kΩR2 = 2.2 kΩC = 10 µFt = 20 ms
vC = V
14.RC 和 RL 暂态困难
+−Vs​12 Vt = 0R = 10 kΩC68 µF+−vC​vC​(0) = 6 V

开关在 t = 0 闭合前的一瞬间,电容电压为 6 V,极性如图所示。 求 t = 500 ms 时的电容电压 vC。

Vs = 12 VR = 10 kΩC = 68 µFvC(0) = 6 Vt = 500 ms
vC = V

3溶液

1.串并联电阻

答案: IR2 = 1.091 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​ = 15 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​24 VR2​4 ΩAR4​5 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 = 15 + 5 = 20 Ω
R2 ∥ 20 = 4·20/(4+20) = 3.333 Ω
Req = R1 + 3.333 = 15 + 3.333 = 18.33 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 = 24/18.33 = 1.309 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 = 24 − 1.309·15 = 4.364 V
IR2 = VA/R2 = 4.364/4 = 1.091 A

答案

IR2 = 1.091 A
2.串并联电阻

答案: IR1 = 4.848 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​ = 5 ΩR3​ = 6 ΩR5​ = 8 Ω+−V1​36 VR2​3 ΩAR4​10 ΩBR6​12 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 = 8 + 12 = 20 Ω
R4 ∥ 20 = 6.667 Ω
R3 + 6.667 = 12.67 Ω
R2 ∥ 12.67 = 2.426 Ω
Req = R1 + 2.426 = 5 + 2.426 = 7.426 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 = 36/7.426 = 4.848 A

答案

IR1 = 4.848 A
3.节点分析

答案: PIs = 29.17 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/3 + (VA − 10)/15 + (VA − VB)/5 = 0
0.6·VA − 0.2·VB = 0.6667

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/10 + (VB − VA)/5 = 2.5
−0.2·VA + 0.3·VB = 2.5

求解

Δ = (0.6)(0.3) − (−0.2)(−0.2) = 0.14
VA = Δ1/Δ = 0.7/0.14 = 5 V
VB = Δ2/Δ = 1.633/0.14 = 11.67 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 = 11.67·2.5 = 29.17 W

答案

PIs = 29.17 W
4.节点分析

答案: IR1 = 0.6698 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​ = 25 ΩR2​ = 30 ΩR4​ = 25 Ω+−V1​18 VR3​2 ΩAR5​2 ΩBIs​1.5 A+−V2​36 V

设定节点

地为底部导线。已知节点电压直接来自电源(V1 = 18 V, V2 = 36 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/2 + (VA − 18)/25 + (VA − VB)/30 = 0
0.5733·VA − 0.03333·VB = 0.72

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/2 + (VB − VA)/30 + (VB − 36)/25 = (−1.5)
−0.03333·VA + 0.5733·VB = −0.06

求解

Δ = (0.5733)(0.5733) − (−0.03333)(−0.03333) = 0.3276
VA = Δ1/Δ = 0.4108/0.3276 = 1.254 V
VB = Δ2/Δ = −0.0104/0.3276 = −0.03175 V

答案

IR1 = (V1 − VA)/R1 = (18 − 1.254)/25 = 0.6698 A
5.网孔分析

答案: IR2 = −0.3862 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​ = 10 ΩR2​ = 20 Ω+−V1​6 VR3​3 ΩA+−V2​10 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
10·I1 + 3(I1 − I2) = 6
13·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 + R3(I2 − I1) = −V2
20·I2 + 3(I2 − I1) = (−10)
−3·I1 + 23·I2 = −10

求解

Δ = (13)(23) − (−3)(−3) = 290
I1 = Δ1/Δ = 108/290 = 0.3724 A
I2 = Δ2/Δ = −112/290 = −0.3862 A

答案

IR2 = I2 = −0.3862 A

网孔电流为负表示逆时针流动。

6.网孔分析

答案: IR1 = 0.1068 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​ = 25 ΩR2​ = 8 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​10 VR4​5 ΩAR5​30 ΩB+−V2​30 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
25·I1 + 5(I1 − I2) = 10
30·I1 − 5·I2 = 10

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
8·I2 + 5(I2 − I1) + 30(I2 − I3) = 0
−5·I1 + 43·I2 − 30·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
6·I3 + 30(I3 − I2) = (−30)
−30·I2 + 36·I3 = −30

求解

Δ = 系数矩阵的行列式 = 18540
I1 = Δ1/Δ = 1980/18540 = 0.1068 A
I2 = Δ2/Δ = −25200/18540 = −1.359 A
I3 = Δ3/Δ = −36450/18540 = −1.966 A

答案

IR1 = I1 = 0.1068 A

网孔电流为负表示逆时针流动。

7.叠加定理

答案: VR2 = 10.97 V

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 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​30 VR2​8 ΩAR4​6 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 = 4+6 = 10 Ω
R2 ∥ (R3+R4) = 8·10/(8+10) = 4.444 Ω
VA = 30·4.444/(15+4.444) = 6.857 V
VB = VA·R4/(R3+R4) = 6.857·6/10 = 4.114 V
VR2′ = VA − 0 = 6.857 − 0 = 6.857 V
R1​ = 15 ΩR3​ = 4 Ω短路R2​8 ΩAR4​6 ΩBIs​2 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 = 15·8/(15+8) = 5.217 Ω
Req = R4 ∥ (R3+R1∥R2) = 6 ∥ 9.217 = 3.634 Ω
VB = Is·Req = 2·3.634 = 7.269 V
VA = VB·(R1∥R2)/(R3+R1∥R2) = 7.269·5.217/9.217 = 4.114 V
VR2″ = VA − 0 = 4.114 − 0 = 4.114 V

叠加各分量

VR2 = VR2′ + VR2″
VR2 = 6.857 + 4.114 = 10.97 V

结果为负表示实际上 极性与标注相反。

8.叠加定理

答案: PR4 = 43.76 W

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 ΩR2​ = 3 ΩR4​ = 15 Ω+−V1​36 VR3​5 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) = 5 ∥ 18 = 3.913 Ω
VA = 36·3.913/(8+3.913) = 11.82 V
VB = VA·R4/(R2+R4) = 11.82·15/18 = 9.854 V
IR4′ = (VB − V2)/R4 = (9.854 − 0)/15 = 0.6569 A
R1​ = 8 ΩR2​ = 3 ΩR4​ = 15 Ω短路R3​5 ΩAIs​2 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 = 3.077 Ω,所以左侧路径为 R2+3.077 = 6.077 Ω
Req = R4 ∥ 6.077 = 4.325 Ω
VB = Is·Req = 2·4.325 = 8.65 V
VA = VB·3.077/6.077 = 4.38 V
IR4″ = (VB − V2)/R4 = (8.65 − 0)/15 = 0.5766 A
R1​ = 8 ΩR2​ = 3 ΩR4​ = 15 Ω短路R3​5 ΩA开路B−+V2​10 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 = 8·5/(8+5) = 3.077 Ω
VB = V2·(R2+R1∥R3)/(R4+R2+R1∥R3) = (−10)·6.077/21.08 = −2.883 V
VA = VB·(R1∥R3)/(R2+R1∥R3) = −2.883·3.077/6.077 = −1.46 V
IR4‴ = (VB − V2)/R4 = (−2.883 − −10)/15 = 0.4745 A

把电流的各个贡献相加

IR4 = IR4′ + IR4″ + IR4‴ = 0.6569 + 0.5766 + 0.4745 = 1.708 A

电阻中的功率

功率取决于电流的平方,所以不满足叠加定理:先把电流相加,再取平方。

PR4 = IR4²·R4 = 1.708²·15 = 43.76 W

答案

PR4 = 43.76 W

把各单独情况下的功率相加会得到 14.84 W,这是错误的。

9.戴维南和诺顿

答案: IL = 0.08955 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​ = 15 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 + 15 = 18.33 Ω
R1​ = 10 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​6 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) = 6·5/(10+5) = 2 V
Rth​ = 18.33 Ω+−Vth​2 VRL​4 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) = 2/(18.33 + 4) = 0.08955 A
10.戴维南和诺顿

答案: IN = 1.682 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​ = 5 ΩR3​ = 8 Ω短路R2​2 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 = 5·2/(5+2) = 1.429 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 1.429 + 8 = 9.429 Ω
R1​ = 5 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​6 VR2​2 ΩAIs​1.5 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) = 1.714 + 1.5·1.429 = 3.857 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 3.857 + 1.5·8 = 15.86 V
IN​1.682 ARth​9.429 Ωab

诺顿等效

诺顿电源是同一电路看作与 R_th 并联的电流源。其电流就是 a–b 的短路电流。

IN = Vth/Rth = 15.86/9.429 = 1.682 A
11.运放电路

答案: Rf = 70 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 = (8 − 1)·10 = 70 kΩ

答案

Rf = 70 kΩ
12.运放电路

答案: Vout = 5.2 V

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 = 100 kΩ · 1 µF = 100 ms
斜坡速率 = −Vin/(RC) = −(−2.6)/100 = 0.026 V/ms

给定时刻的输出

理想值在 ±Vsat 以内,所以积分器尚未限幅。

Vout = −Vin·t/(RC) = −(−2.6)·200/100 = 5.2 V

答案

Vout = 5.2 V
13.RC 和 RL 暂态

答案: vC = 2.513 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。

电容看到的戴维南等效电路

把电源短路求 Rth;把电容断开,求它最终稳定的电压。

Rth = R1 ∥ R2 = 2.2·2.2/(2.2 + 2.2) = 1.1 kΩ
vC(∞) = 6·2.2/(2.2 + 2.2) = 3 V

时间常数

τ = Rth·C = 1.1·10 = 11 ms

充电曲线

vC(t) = 3·(1 − e−20/11) = 2.513 V

答案

vC = 2.513 V
14.RC 和 RL 暂态

答案: vC = 9.124 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) = 6 V, vC(∞) = Vs = 12 V
τ = R·C = 10 kΩ · 68 µF = 680 ms
vC(t) = 12 + (6 − 12)·e−t/τ

给定时刻的电压

vC(500) = 12 + (−6)·e−500/680 = 9.124 V

答案

vC = 9.124 V

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