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

方法

从离端子最远的网络末端开始。
串联电阻直接相加，并联电阻用 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …
每一步之后重新画电路。
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: ΣI_in = ΣI_out
支路电流: I = (V_a − V_b)/R
参考节点: V_ground = 0

方法

选定参考节点（地），并标出其他节点电压。
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。
把每条支路电流表示为 (V_a − V_b)/R。
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

在电路的每个网孔（窗口）中设一个顺时针电流。
对每个网孔应用基尔霍夫电压定律：电压降之和为零。
两个网孔共用的电阻中，电流为两个网孔电流之差。
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

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。
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。
在简化后的电路中求所需的电压或电流，并注意其方向。
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: V_th = V_{open circuit}
戴维南电阻: R_th：所有独立源置零，从 a–b 看进去
诺顿电流: I_N = V_th/R_th
负载电流: I_L = V_th/(R_th + R_L)
最大功率传输: R_L = R_th, P_max = V_th²/(4R_th)

方法

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

运放电路

反相放大器: V_out = −(R_f/R_in)·V_in
同相放大器: V_out = (1 + R_f/R₁)·V_in
加法放大器: V_out = −R_f(V₁/R₁ + V₂/R₂)
理想运放: V₊ = V₋, I_in = 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；v_C 不能突变
直流下的电感: 短路；i_L 不能突变
稳态: t ≈ 5τ

方法

求换路后瞬间的初始值：电容电压和电感电流不能突变。
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。
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。
使用 x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e^−t/τ。

2练习题

1.串并联电阻中等

求流过 R₂ 的电流 I_R2。

V₁ = 12 VR₁ = 12 ΩR₂ = 2 ΩR₃ = 6 ΩR₄ = 5 Ω

I_R2 = A

2.串并联电阻困难

求电源 V₁ 看到的等效电阻 R_eq。

V₁ = 18 VR₁ = 2 ΩR₂ = 30 ΩR₃ = 2 ΩR₄ = 15 ΩR₅ = 2 ΩR₆ = 6 Ω

R_eq = Ω

3.节点分析中等

如图所示，节点 A 与地之间连接了三条支路。用节点分析法求支路 1 中沿箭头方向向上流入节点 A 的电流 I₁。

V₁ = 6 VR₁ = 15 ΩV₂ = 10 VR₂ = 15 ΩR₃ = 10 Ω

I₁ = A

4.节点分析困难

用节点分析法求节点电压 V_B（相对于地）。

V₁ = 10 VI_s = 3 AV₂ = 24 VR₁ = 3 ΩR₂ = 5 ΩR₃ = 30 ΩR₄ = 20 ΩR₅ = 12 Ω

V_B = V

5.网孔分析中等

用网孔分析法求沿箭头方向流过 R₂ 的电流 I_R2。

V₁ = 15 VV₂ = 10 VR₁ = 15 ΩR₂ = 3 ΩR₃ = 6 Ω

I_R2 = A

6.网孔分析困难

用网孔分析法求沿箭头方向流过 R₂ 的电流 I_R2。

V₁ = 12 VV₂ = 30 VR₁ = 4 ΩR₂ = 12 ΩR₃ = 25 ΩR₄ = 6 ΩR₅ = 15 Ω

I_R2 = A

7.叠加定理中等

求使流过 R₃ 的电流 I_R3 为零的电流源 I_s 的值（方向如图所示）。

V₁ = 15 VR₁ = 20 ΩR₂ = 2 ΩR₃ = 6 ΩR₄ = 5 Ω

I_s = A

8.叠加定理困难

用叠加定理求 R₄ 吸收的功率 P_R4。

V₁ = 6 VI_s = 1 AV₂ = 15 VR₁ = 15 ΩR₂ = 2 ΩR₃ = 5 ΩR₄ = 3 Ω

P_R4 = W

9.戴维南和诺顿中等

求诺顿电流 I_N：端口短路时从 a 流向 b 的电流。

V₁ = 10 VR₁ = 6 ΩR₂ = 5 ΩR₃ = 12 Ω

I_N = A

10.戴维南和诺顿困难

在 a–b 之间接入负载 R_L = 4 Ω。利用戴维南等效电路求负载获得的功率 P_L。

V₁ = 10 VI_s = 4 AR₁ = 15 ΩR₂ = 12 ΩR₃ = 10 ΩR_L = 4 Ω

P_L = W

11.运放电路中等

运放为理想运放，采用 ±15 V 电源。求输出电压 V_out。

V_in = −1.4 VR₁ = 10 kΩR_f = 10 kΩ

V_out = V

12.运放电路困难

运放为理想运放，采用 ±15 V 电源。电阻比不匹配。求输出电压 V_out。

V₁ = 1.2 VV₂ = 1.8 VR₁ = 4.7 kΩR₂ = 4.7 kΩR₃ = 1 kΩR₄ = 10 kΩ

V_out = V

13.RC 和 RL 暂态中等

开关在 t = 0 闭合前，电感中没有电流。求电路稳定后电感中储存的能量 W(∞)，以 mJ 表示。

V_s = 6 VR = 33 ΩL = 220 mH

W(∞) = mJ

14.RC 和 RL 暂态困难

跨接在 R₂ 两端的开关已断开很长时间，所以电感电流是稳定的。在 t = 0 开关闭合，把 R₂ 短路。 t = 0 之后多长时间电感电流达到 1.149 A？求 t。

V_s = 9 VR₁ = 5 ΩR₂ = 47 ΩL = 100 mH

t = ms

3溶液

1.串并联电阻

答案: I_R2 = 0.7416 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。

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 = 6 + 5 = 11 Ω

R₂ ∥ 11 = 2·11/(2+11) = 1.692 Ω

R_eq = R₁ + 1.692 = 12 + 1.692 = 13.69 Ω

电源电流

电源只看到 R_eq，由欧姆定律得到它输出的电流。该电流流过 R₁。

I_R1 = V₁/R_eq = 12/13.69 = 0.8764 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。

V_A = V₁ − I_R1·R₁ = 12 − 0.8764·12 = 1.483 V

I_R2 = V_A/R₂ = 1.483/2 = 0.7416 A

答案

I_R2 = 0.7416 A

2.串并联电阻

答案: R_eq = 7.818 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 = 2 + 6 = 8 Ω

R₄ ∥ 8 = 5.217 Ω

R₃ + 5.217 = 7.217 Ω

R₂ ∥ 7.217 = 5.818 Ω

R_eq = R₁ + 5.818 = 2 + 5.818 = 7.818 Ω

答案

R_eq = 7.818 Ω

3.节点分析

答案: I₁ = 0.4762 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

取底部导线为地。每条支路从 A 流出的电流为 (V_A − V_k)/R_k，其中 V_k 为该支路电源的电压（纯电阻支路为零）。从 A 流出的电流之和为零。

(V_A − 6)/15 + (V_A − (−10))/15 + V_A/10 = 0

求 V_A

V_A = (6/15 + (−10)/15 + 0/10) / (1/15 + 1/15 + 1/10) = −0.2667/0.2333 = −1.143 V

支路电流

箭头沿支路向上，指向节点 A。

I₁ = (6 − V_A)/R₁ = (6 − (−1.143))/15 = 0.4762 A

答案

I₁ = 0.4762 A

结果为负表示实际电流与箭头方向相反。

4.节点分析

答案: V_B = 20.46 V

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。

设定节点

地为底部导线。已知节点电压直接来自电源（V₁ = 10 V, V₂ = 24 V）。未知量：V_A, V_B。

节点 A 的 KCL

经电阻流出 A 的电流等于电源注入 A 的电流。

V_A/R₃ + (V_A − V₁)/R₁ + (V_A − V_B)/R₂ = 0

V_A/30 + (V_A − 10)/3 + (V_A − V_B)/5 = 0

0.5667·V_A − 0.2·V_B = 3.333

节点 B 的 KCL

经电阻流出 B 的电流等于电源注入 B 的电流。

V_B/R₅ + (V_B − V_A)/R₂ + (V_B − V₂)/R₄ = I_s

V_B/12 + (V_B − V_A)/5 + (V_B − 24)/20 = 3

−0.2·V_A + 0.3333·V_B = 4.2

求解

Δ = (0.5667)(0.3333) − (−0.2)(−0.2) = 0.1489

V_A = Δ₁/Δ = 1.951/0.1489 = 13.1 V

V_B = Δ₂/Δ = 3.047/0.1489 = 20.46 V

答案

V_B = 20.46 V

5.网孔分析

答案: I_R2 = −0.7843 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。

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

15·I₁ + 6(I₁ − I₂) = 15

21·I₁ − 6·I₂ = 15

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

3·I₂ + 6(I₂ − I₁) = (−10)

−6·I₁ + 9·I₂ = −10

求解

Δ = (21)(9) − (−6)(−6) = 153

I₁ = Δ₁/Δ = 75/153 = 0.4902 A

I₂ = Δ₂/Δ = −120/153 = −0.7843 A

答案

I_R2 = I₂ = −0.7843 A

网孔电流为负表示逆时针流动。

6.网孔分析

答案: I_R2 = −0.1703 A

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

4·I₁ + 6(I₁ − I₂) = 12

10·I₁ − 6·I₂ = 12

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

12·I₂ + 6(I₂ − I₁) + 15(I₂ − I₃) = 0

−6·I₁ + 33·I₂ − 15·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

25·I₃ + 15(I₃ − I₂) = (−30)

−15·I₂ + 40·I₃ = −30

求解

Δ = 系数矩阵的行列式 = 9510

I₁ = Δ₁/Δ = 10440/9510 = 1.098 A

I₂ = Δ₂/Δ = −1620/9510 = −0.1703 A

I₃ = Δ₃/Δ = −7740/9510 = −0.8139 A

答案

I_R2 = I₂ = −0.1703 A

网孔电流为负表示逆时针流动。

7.叠加定理

答案: I_s = 0.2727 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。

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+5 = 11 Ω

R₂ ∥ (R₃+R₄) = 2·11/(2+11) = 1.692 Ω

V_A = 15·1.692/(20+1.692) = 1.17 V

V_B = V_A·R₄/(R₃+R₄) = 1.17·5/11 = 0.5319 V

I_R3′ = (V_A − V_B)/R₃ = (1.17 − 0.5319)/6 = 0.1064 A

情况 2 · I_s 单独作用

V₁ 变为短路，所以 R₁ ∥ R₂ 接在 A 与地之间。Iₛ 在 B 点分流到 R₄ 和支路 R₃ + R₁∥R₂；流过 R₃ 的部分从 B 流向 A，与箭头方向相反。

R₁ ∥ R₂ = 1.818 Ω

I_R3″ = −I_s·R₄/(R₄ + R₃ + R₁∥R₂) = −I_s·5/12.82 = −0.3901·I_s

令总和为零

I_R3′ + I_R3″ = 0.1064 − 0.3901·I_s = 0

I_s = 0.1064/0.3901 = 0.2727 A

答案

I_s = 0.2727 A

8.叠加定理

答案: P_R4 = 2.353 W

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 ∥ 5 = 2.5 Ω

V_A = 6·2.5/(15+2.5) = 0.8571 V

V_B = V_A·R₄/(R₂+R₄) = 0.8571·3/5 = 0.5143 V

I_R4′ = (V_B − V₂)/R₄ = (0.5143 − 0)/3 = 0.1714 A

情况 2 · I_s 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 = 3.75 Ω，所以左侧路径为 R₂+3.75 = 5.75 Ω

R_eq = R₄ ∥ 5.75 = 1.971 Ω

V_B = I_s·R_eq = 1·1.971 = 1.971 V

V_A = V_B·3.75/5.75 = 1.286 V

I_R4″ = (V_B − V₂)/R₄ = (1.971 − 0)/3 = 0.6571 A

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 = 15·5/(15+5) = 3.75 Ω

V_B = V₂·(R₂+R₁∥R₃)/(R₄+R₂+R₁∥R₃) = 15·5.75/8.75 = 9.857 V

V_A = V_B·(R₁∥R₃)/(R₂+R₁∥R₃) = 9.857·3.75/5.75 = 6.429 V

I_R4‴ = (V_B − V₂)/R₄ = (9.857 − 15)/3 = −1.714 A

把电流的各个贡献相加

I_R4 = I_R4′ + I_R4″ + I_R4‴ = 0.1714 + 0.6571 + (−1.714) = −0.8857 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。

P_R4 = I_R4²·R₄ = (−0.8857)²·3 = 2.353 W

答案

P_R4 = 2.353 W

把各单独情况下的功率相加会得到 10.2 W，这是错误的。

9.戴维南和诺顿

答案: I_N = 0.3086 A

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

将所有电源置零，求 R_th

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 = 6·5/(6+5) = 2.727 Ω

R_th = (R₁ ∥ R₂) + R₃ = 2.727 + 12 = 14.73 Ω

求开路电压 V_th

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。

V_th = V₁·R₂/(R₁+R₂) = 10·5/(6+5) = 4.545 V

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。

I_N = V_th/R_th = 4.545/14.73 = 0.3086 A

10.戴维南和诺顿

答案: P_L = 47.36 W

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

将所有电源置零，求 R_th

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 = 15·12/(15+12) = 6.667 Ω

R_th = (R₁ ∥ R₂) + R₃ = 6.667 + 10 = 16.67 Ω

求开路电压 V_th

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。

V_A = V₁·R₂/(R₁+R₂) + I_s·(R₁∥R₂) = 4.444 + 4·6.667 = 31.11 V

V_th = V_B = V_A + I_s·R₃ = 31.11 + 4·10 = 71.11 V

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。

I_L = V_th/(R_th + R_L) = 71.11/(16.67 + 4) = 3.441 A

P_L = I_L²·R_L = 3.441²·4 = 47.36 W

11.运放电路

答案: V_out = −2.8 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。

反相输入端跟随输入

V₋ = V₊ = −1.4 V

I = V₋/R₁ = −1.4/10 = −0.14 mA

输出电压

流过 R₁ 的电流也流过 R_f。

V_out = V₋ + I·R_f = −1.4 + (−0.14)·10 = −2.8 V

答案

V_out = −2.8 V

12.运放电路

答案: V_out = 2.073 V

+ 输入端的电压

V₊ = V₂·R₄/(R₃ + R₄) = 1.8·10/(1 + 10) = 1.636 V

叠加两个输入

V₂ = 0 时，V₁ 看到的是反相放大器。V₁ = 0 时，V₊ 被同相增益 1 + R₂/R₁ 放大。

V_out = −(4.7/4.7)·1.2 + (1 + 4.7/4.7)·1.636 = −1.2 + 3.273 = 2.073 V

答案

V_out = 2.073 V

13.RC 和 RL 暂态

答案: W(∞) = 3.636 mJ

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 = 220 mH / 33 Ω = 6.667 ms

i(∞) = V_s/R = 6/33 = 0.1818 A

储存的能量

W(∞) = ½·L·i(∞)² = ½·220·0.1818² = 3.636 mJ

答案

W(∞) = 3.636 mJ

14.RC 和 RL 暂态

答案: t = 18.32 ms

初始值、终值、时间常数

在 t = 0 之前，两个电阻都在回路中；之后闭合的开关把 R₂ 旁路。

i(0) = 9/(5 + 47) = 0.1731 A

i(∞) = 9/5 = 1.8 A

τ = L/R = 100/5 = 20 ms

i(t) = 1.8 + (0.1731 − 1.8)·e^−t/τ

求解时间

e^−t/τ = (1.149 − 1.8)/(0.1731 − 1.8) = 0.4001

t = 20·ln(2.499) = 18.32 ms

答案

t = 18.32 ms

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

电路分析（一）：速成包

1公式与方法

串并联电阻

方法

节点分析

方法

网孔分析

方法

叠加定理

方法

戴维南和诺顿

方法

运放电路

RC 和 RL 暂态

方法

2练习题

3溶液

从远端开始合并电阻

电源电流

流过 R₂ 的电流

答案

从远端开始合并电阻

答案

节点 A 的 KCL

求 VA

支路电流

答案

设定节点

节点 A 的 KCL

节点 B 的 KCL

求解

答案

设定网孔电流

网孔 1 的 KVL

网孔 2 的 KVL

求解

答案

设定网孔电流

网孔 1 的 KVL

网孔 2 的 KVL

网孔 3 的 KVL

求解

答案

情况 1 · V1 单独作用

情况 2 · Is 单独作用

令总和为零

答案

情况 1 · V1 单独作用

情况 2 · Is 单独作用

情况 3 · V2 单独作用

把电流的各个贡献相加

电阻中的功率

答案

将所有电源置零，求 Rth

求开路电压 Vth

诺顿等效

将所有电源置零，求 Rth

求开路电压 Vth

将负载接到戴维南等效电路上

反相输入端跟随输入

输出电压

答案

+ 输入端的电压

叠加两个输入

答案

时间常数和终值电流

储存的能量

答案

初始值、终值、时间常数

求解时间

答案

求 V_A

情况 1 · V₁ 单独作用

情况 2 · I_s 单独作用

情况 1 · V₁ 单独作用

情况 2 · I_s 单独作用

情况 3 · V₂ 单独作用

将所有电源置零，求 R_th

求开路电压 V_th

将所有电源置零，求 R_th

求开路电压 V_th