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。

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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​ = 12 Ω+−V1​10 VR2​15 ΩIR2​AR4​3 ΩB

求流过 R2 的电流 IR2。

V1 = 10 VR1 = 15 ΩR2 = 15 ΩR3 = 12 ΩR4 = 3 Ω
IR2 = A
2.串并联电阻困难
R1​ = 6 ΩR3​ = 2 ΩR5​ = 3 Ω+−V1​5 VR2​12 ΩIR2​AR4​10 ΩBR6​25 Ω

求流过 R2 的电流 IR2。

V1 = 5 VR1 = 6 ΩR2 = 12 ΩR3 = 2 ΩR4 = 10 ΩR5 = 3 ΩR6 = 25 Ω
IR2 = A
3.节点分析中等
R1​ = 2 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​24 VR2​2 ΩAR4​3 ΩBIs​4 A

用节点分析法求电流源 Is 输出的功率 PIs。

V1 = 24 VIs = 4 AR1 = 2 ΩR2 = 2 ΩR3 = 8 ΩR4 = 3 Ω
PIs = W
4.节点分析困难
R1​ = 15 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​5 VR2​3 ΩAR4​5 ΩIR4​B0.25·VA​

菱形符号是一个电压控制电流源,它向上注入节点 B 的电流为 0.25·VA(单位 A,VA 单位为 V)。用节点分析法求 沿箭头方向流过 R4 的电流 IR4。

V1 = 5 VR1 = 15 ΩR2 = 3 ΩR3 = 4 ΩR4 = 5 Ωg = 0.25 A/V
IR4 = A
5.网孔分析中等
R1​ = 4 ΩR2​ = 12 Ω+−V1​18 VR3​4 ΩA+−V2​18 VI1​I2​

用网孔分析法求 网孔电流 I1(顺时针)。

V1 = 18 VV2 = 18 VR1 = 4 ΩR2 = 12 ΩR3 = 4 Ω
I1 = A
6.网孔分析困难
R1​ = 8 ΩR2​ = 15 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​6 VR4​4 ΩAR5​12 ΩB+−V2​24 VI1​I2​I3​

用网孔分析法求 网孔电流 I3(顺时针)。

V1 = 6 VV2 = 24 VR1 = 8 ΩR2 = 15 ΩR3 = 4 ΩR4 = 4 ΩR5 = 12 Ω
I3 = A
7.叠加定理中等
R1​ = 10 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​6 VR2​3 ΩIR2​AR4​10 ΩBIs​2 A

用叠加定理求 沿箭头方向流过 R2 的电流 IR2。

V1 = 6 VIs = 2 AR1 = 10 ΩR2 = 3 ΩR3 = 6 ΩR4 = 10 Ω
IR2 = A
8.叠加定理困难
R1​ = 30 ΩR2​ = 12 ΩR4​ = 4 Ω+−V1​18 VR3​3 Ω−+VR3​AIs​4 AB−+V2​30 V

用叠加定理求 R3 两端按图示极性的电压 VR3。

V1 = 18 VIs = 4 AV2 = 30 VR1 = 30 ΩR2 = 12 ΩR3 = 3 ΩR4 = 4 Ω
VR3 = V
9.戴维南和诺顿中等
R1​ = 10 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​12 VR2​15 ΩARL​12 ΩIL​B

在 a–b 之间接入负载 RL = 12 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 = 12 VR1 = 10 ΩR2 = 15 ΩR3 = 12 ΩRL = 12 Ω
IL = A
10.戴维南和诺顿困难
R1​ = 2 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​10 VR2​2 ΩAIs​2 ABab

求诺顿电流 IN:端口短路时从 a 流向 b 的电流。

V1 = 10 VIs = 2 AR1 = 2 ΩR2 = 2 ΩR3 = 4 Ω
IN = A
11.运放电路中等
−+Vout​R2​ = 22 kΩV1​ = −0.5 VR1​ = 100 kΩV2​ = 1.9 VR3​ = 100 kΩR4​ = 22 kΩ

差分放大器使用采用 ±15 V 电源的理想运放,其中 R3 = R1,R4 = R2。 求输出电压 Vout。

V1 = −0.5 VV2 = 1.9 VR1 = R3 = 100 kΩR2 = R4 = 22 kΩ
Vout = V
12.运放电路困难
−+Vout​Rf​ = 47 kΩV1​ = 0.2 VR1​ = 2 kΩV2​ = 1.7 VR2​ = 22 kΩ

加法放大器使用 ±15 V 供电的理想运放。 求输出电压 Vout。

V1 = 0.2 VV2 = 1.7 VR1 = 2 kΩR2 = 22 kΩRf = 47 kΩ
Vout = V
13.RC 和 RL 暂态中等
+−Vs​24 Vt = 0R1​ = 1 kΩR2​ = 2.2 kΩC47 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。 求开关闭合后电路的时间常数 τ。

Vs = 24 VR1 = 1 kΩR2 = 2.2 kΩC = 47 µF
τ = ms
14.RC 和 RL 暂态困难
+−Vs​9 Vt = 0R = 6.8 kΩC10 µF+−vC​vC​(0) = 15 V

开关在 t = 0 闭合前的一瞬间,电容电压为 15 V,极性如图所示。 求 t = 100 ms 时的电容电压 vC。

Vs = 9 VR = 6.8 kΩC = 10 µFvC(0) = 15 Vt = 100 ms
vC = V

3溶液

1.串并联电阻

答案: IR2 = 0.2222 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​ = 12 Ω+−V1​10 VR2​15 ΩAR4​3 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 = 12 + 3 = 15 Ω
R2 ∥ 15 = 15·15/(15+15) = 7.5 Ω
Req = R1 + 7.5 = 15 + 7.5 = 22.5 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 = 10/22.5 = 0.4444 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 = 10 − 0.4444·15 = 3.333 V
IR2 = VA/R2 = 3.333/15 = 0.2222 A

答案

IR2 = 0.2222 A
2.串并联电阻

答案: IR2 = 0.1947 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​ = 6 ΩR3​ = 2 ΩR5​ = 3 Ω+−V1​5 VR2​12 ΩAR4​10 ΩBR6​25 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 = 3 + 25 = 28 Ω
R4 ∥ 28 = 7.368 Ω
R3 + 7.368 = 9.368 Ω
R2 ∥ 9.368 = 5.261 Ω
Req = R1 + 5.261 = 6 + 5.261 = 11.26 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 = 5/11.26 = 0.444 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 = 5 − 0.444·6 = 2.336 V
IR2 = VA/R2 = 2.336/12 = 0.1947 A

答案

IR2 = 0.1947 A
3.节点分析

答案: PIs = 48 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/2 + (VA − 24)/2 + (VA − VB)/8 = 0
1.125·VA − 0.125·VB = 12

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/3 + (VB − VA)/8 = 4
−0.125·VA + 0.4583·VB = 4

求解

Δ = (1.125)(0.4583) − (−0.125)(−0.125) = 0.5
VA = Δ1/Δ = 6/0.5 = 12 V
VB = Δ2/Δ = 6/0.5 = 12 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 = 12·4 = 48 W

答案

PIs = 48 W
4.节点分析

答案: IR4 = 0.199 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。

节点 A 的 KCL

经电阻从 A 流出的电流等于电源注入 A 的电流。

(VA − V1)/R1 + VA/R2 + (VA − VB)/R3 = 0
0.65·VA − 0.25·VB = 0.3333

节点 B 的 KCL

受控源向节点 B 注入 g·VA。把它当作独立源处理,然后把含 VA 的项移到左边。

(VB − VA)/R3 + VB/R4 = 0.25·VA
−0.5·VA + 0.45·VB = 0

求解

Δ = (0.65)(0.45) − (−0.25)(−0.5) = 0.1675
VA = Δ1/Δ = 0.15/0.1675 = 0.8955 V
VB = Δ2/Δ = 0.1667/0.1675 = 0.995 V

流过 R₄ 的电流

IR4 = VB/R4 = 0.995/5 = 0.199 A

答案

IR4 = 0.199 A
5.网孔分析

答案: I1 = 1.929 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​ = 4 ΩR2​ = 12 Ω+−V1​18 VR3​4 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
4·I1 + 4(I1 − I2) = 18
8·I1 − 4·I2 = 18

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
12·I2 + 4(I2 − I1) = (−18)
−4·I1 + 16·I2 = −18

求解

Δ = (8)(16) − (−4)(−4) = 112
I1 = Δ1/Δ = 216/112 = 1.929 A
I2 = Δ2/Δ = −72/112 = −0.6429 A

答案

I1 = 1.929 A

网孔电流为负表示逆时针流动。

6.网孔分析

答案: I3 = −2.081 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​ = 8 ΩR2​ = 15 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​6 VR4​4 ΩAR5​12 ΩB+−V2​24 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
8·I1 + 4(I1 − I2) = 6
12·I1 − 4·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
15·I2 + 4(I2 − I1) + 12(I2 − I3) = 0
−4·I1 + 31·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
4·I3 + 12(I3 − I2) = (−24)
−12·I2 + 16·I3 = −24

求解

Δ = 系数矩阵的行列式 = 3968
I1 = Δ1/Δ = 960/3968 = 0.2419 A
I2 = Δ2/Δ = −3072/3968 = −0.7742 A
I3 = Δ3/Δ = −8256/3968 = −2.081 A

答案

I3 = −2.081 A

网孔电流为负表示逆时针流动。

7.叠加定理

答案: IR2 = −1.244 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​ = 10 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​6 VR2​3 ΩAR4​10 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 = 6+10 = 16 Ω
R2 ∥ (R3+R4) = 3·16/(3+16) = 2.526 Ω
VA = 6·2.526/(10+2.526) = 1.21 V
VB = VA·R4/(R3+R4) = 1.21·10/16 = 0.7563 V
IR2′ = (0 − VA)/R2 = (0 − 1.21)/3 = −0.4034 A
R1​ = 10 ΩR3​ = 6 Ω短路R2​3 ΩAR4​10 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 = 10·3/(10+3) = 2.308 Ω
Req = R4 ∥ (R3+R1∥R2) = 10 ∥ 8.308 = 4.538 Ω
VB = Is·Req = 2·4.538 = 9.076 V
VA = VB·(R1∥R2)/(R3+R1∥R2) = 9.076·2.308/8.308 = 2.521 V
IR2″ = (0 − VA)/R2 = (0 − 2.521)/3 = −0.8403 A

叠加各分量

IR2 = IR2′ + IR2″
IR2 = (−0.4034) + (−0.8403) = −1.244 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: VR3 = 5.301 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​ = 30 ΩR2​ = 12 ΩR4​ = 4 Ω+−V1​18 VR3​3 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) = 3 ∥ 16 = 2.526 Ω
VA = 18·2.526/(30+2.526) = 1.398 V
VB = VA·R4/(R2+R4) = 1.398·4/16 = 0.3495 V
VR3′ = 0 − VA = 0 − 1.398 = −1.398 V
R1​ = 30 ΩR2​ = 12 ΩR4​ = 4 Ω短路R3​3 ΩAIs​4 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 = 2.727 Ω,所以左侧路径为 R2+2.727 = 14.73 Ω
Req = R4 ∥ 14.73 = 3.146 Ω
VB = Is·Req = (−4)·3.146 = −12.58 V
VA = VB·2.727/14.73 = −2.33 V
VR3″ = 0 − VA = 0 − −2.33 = 2.33 V
R1​ = 30 ΩR2​ = 12 ΩR4​ = 4 Ω短路R3​3 ΩA开路B−+V2​30 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 = 30·3/(30+3) = 2.727 Ω
VB = V2·(R2+R1∥R3)/(R4+R2+R1∥R3) = (−30)·14.73/18.73 = −23.59 V
VA = VB·(R1∥R3)/(R2+R1∥R3) = −23.59·2.727/14.73 = −4.369 V
VR3‴ = 0 − VA = 0 − −4.369 = 4.369 V

叠加各分量

VR3 = VR3′ + VR3″ + VR3‴
VR3 = (−1.398) + 2.33 + 4.369 = 5.301 V

结果为负表示实际上 极性与标注相反。

9.戴维南和诺顿

答案: IL = 0.24 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​ = 12 Ω短路R2​15 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 = 10·15/(10+15) = 6 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 6 + 12 = 18 Ω
R1​ = 10 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​12 VR2​15 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) = 12·15/(10+15) = 7.2 V
Rth​ = 18 Ω+−Vth​7.2 VRL​12 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) = 7.2/(18 + 12) = 0.24 A
10.戴维南和诺顿

答案: IN = 3 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​ = 2 ΩR3​ = 4 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 = 2·2/(2+2) = 1 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 1 + 4 = 5 Ω
R1​ = 2 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​10 VR2​2 ΩAIs​2 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) = 5 + 2·1 = 7 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 7 + 2·4 = 15 V
IN​3 ARth​5 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 = 15/5 = 3 A
11.运放电路

答案: Vout = 0.528 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。

输入端的电压

R₃ 和 R₄ 流过相同的电流,所以构成分压器;反馈使 V₋ = V₊。

V₊ = V2·R4/(R3 + R4) = 1.9·22/(100 + 22) = 0.3426 V
V₋ = V₊

反相输入端的 KCL

(−0.5 − 0.3426)/100 = (0.3426 − Vout)/22
Vout = (R2/R1)·(V2 − V1) = (22/100)·(1.9 − (−0.5)) = 0.528 V

答案

Vout = 0.528 V
12.运放电路

答案: Vout = −8.332 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

V₋ = 0,所以每个输入电阻两端就是其全部输入电压。

I1 = V1/R1 = 0.2/2 = 0.1 mA
I2 = V2/R2 = 1.7/22 = 0.07727 mA
If = I1 + I2 = 0.1773 mA

输出电压

Vout = −Rf·If = −47·0.1773 = −8.332 V

答案

Vout = −8.332 V
13.RC 和 RL 暂态

答案: τ = 32.31 ms

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 = 1·2.2/(1 + 2.2) = 0.6875 kΩ
vC(∞) = 24·2.2/(1 + 2.2) = 16.5 V

时间常数

τ = Rth·C = 0.6875·47 = 32.31 ms

答案

τ = 32.31 ms
14.RC 和 RL 暂态

答案: vC = 10.38 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) = 15 V, vC(∞) = Vs = 9 V
τ = R·C = 6.8 kΩ · 10 µF = 68 ms
vC(t) = 9 + (15 − 9)·e−t/τ

给定时刻的电压

vC(100) = 9 + (6)·e−100/68 = 10.38 V

答案

vC = 10.38 V

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