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​ = 20 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​18 VR2​20 ΩAR4​20 ΩB

求电源 V1 看到的等效电阻 Req。

V1 = 18 VR1 = 20 ΩR2 = 20 ΩR3 = 12 ΩR4 = 20 Ω
Req = Ω
2.串并联电阻困难
R1​ = 20 ΩR3​ = 25 ΩR5​ = 4 Ω+−V1​5 VR2​8 ΩAR4​15 ΩBR6​10 Ω

求电源 V1 看到的等效电阻 Req。

V1 = 5 VR1 = 20 ΩR2 = 8 ΩR3 = 25 ΩR4 = 15 ΩR5 = 4 ΩR6 = 10 Ω
Req = Ω
3.节点分析中等
R1​ = 8 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​12 VR2​5 ΩAR4​8 ΩBIs​2.5 A

用节点分析法求电流源 Is 输出的功率 PIs。

V1 = 12 VIs = 2.5 AR1 = 8 ΩR2 = 5 ΩR3 = 5 ΩR4 = 8 Ω
PIs = W
4.节点分析困难
R1​ = 3 ΩIR1​R2​ = 2 ΩR4​ = 10 Ω+−V1​5 VR3​20 ΩAR5​12 ΩBIs​2.5 A+−V2​6 V

用节点分析法求 沿箭头方向流过 R1 的电流 IR1。

V1 = 5 VIs = 2.5 AV2 = 6 VR1 = 3 ΩR2 = 2 ΩR3 = 20 ΩR4 = 10 ΩR5 = 12 Ω
IR1 = A
5.网孔分析中等
R1​ = 8 ΩR2​ = 10 Ω+−VR2​+−V1​18 VR3​10 ΩA+−V2​9 VI1​I2​

用网孔分析法求 R2 两端按图示极性的电压 VR2。

V1 = 18 VV2 = 9 VR1 = 8 ΩR2 = 10 ΩR3 = 10 Ω
VR2 = V
6.网孔分析困难
R1​ = 20 Ω+−VR1​R2​ = 6 ΩR3​ = 25 Ω+−V1​12 VR4​10 ΩAR5​12 ΩB+−V2​9 VI1​I2​I3​

用网孔分析法求 R1 两端按图示极性的电压 VR1。

V1 = 12 VV2 = 9 VR1 = 20 ΩR2 = 6 ΩR3 = 25 ΩR4 = 10 ΩR5 = 12 Ω
VR1 = V
7.叠加定理中等
R1​ = 5 ΩIR1​R3​ = 10 Ω+−V1​30 VR2​5 ΩAR4​10 ΩBIs​1.5 A

用叠加定理求 R1 吸收的功率 PR1。

V1 = 30 VIs = 1.5 AR1 = 5 ΩR2 = 5 ΩR3 = 10 ΩR4 = 10 Ω
PR1 = W
8.叠加定理困难
R1​ = 4 ΩR2​ = 8 ΩR4​ = 15 Ω+−V1​10 VR3​15 Ω+−VR3​AIs​3 AB+−V2​24 V

用叠加定理求 R3 两端按图示极性的电压 VR3。

V1 = 10 VIs = 3 AV2 = 24 VR1 = 4 ΩR2 = 8 ΩR3 = 15 ΩR4 = 15 Ω
VR3 = V
9.戴维南和诺顿中等
R1​ = 6 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​24 VR2​4 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 = 24 VR1 = 6 ΩR2 = 4 ΩR3 = 4 ΩRL = 4 Ω
IL = A
10.戴维南和诺顿困难
R1​ = 20 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​36 VR2​25 ΩAIs​1.5 ABRL​12 ΩIL​

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 = 36 VIs = 1.5 AR1 = 20 ΩR2 = 25 ΩR3 = 10 ΩRL = 12 Ω
IL = A
11.运放电路中等
−+Vout​Rf​ = 47 kΩR1​ = 22 kΩVin​ = 1.5 V

运放为理想运放,采用 ±15 V 电源。 求输出电压 Vout。

Vin = 1.5 VR1 = 22 kΩRf = 47 kΩ
Vout = V
12.运放电路困难
Vin​V1​Vout​第 1 级:反相R1​ = 47 kΩRf1​ = 47 kΩ第 2 级:同相R2​ = 47 kΩRf2​ = 47 kΩ

两个理想运放级级联连接:一个反相放大器(R1,Rf1),后接一个同相放大器(R2 接地,Rf2 在反馈支路中)。两级都采用 ±15 V 电源。 输入为 Vin = 0.9 V。求输出电压 Vout。

R1 = 47 kΩRf1 = 47 kΩR2 = 47 kΩRf2 = 47 kΩVin = 0.9 V
Vout = V
13.RC 和 RL 暂态中等
+−Vs​12 Vt = 0R = 22 ΩL68 mHi(t)

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。

Vs = 12 VR = 22 ΩL = 68 mH
W(∞) = mJ
14.RC 和 RL 暂态困难
+−Vs​20 VR1​ = 33 ΩR2​ = 22 Ω在 t = 0 断开L68 mHi(t)

跨接在 R2 两端的开关已闭合很长时间,所以电感电流是稳定的。在 t = 0 开关断开。 t = 0 之后多长时间电感电流达到 0.485 A?求 t。

Vs = 20 VR1 = 33 ΩR2 = 22 ΩL = 68 mH
t = ms

3溶液

1.串并联电阻

答案: Req = 32.31 Ω

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​ = 12 Ω+−V1​18 VR2​20 ΩAR4​20 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 + 20 = 32 Ω
R2 ∥ 32 = 20·32/(20+32) = 12.31 Ω
Req = R1 + 12.31 = 20 + 12.31 = 32.31 Ω

答案

Req = 32.31 Ω
2.串并联电阻

答案: Req = 26.41 Ω

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​ = 25 ΩR5​ = 4 Ω+−V1​5 VR2​8 ΩAR4​15 ΩBR6​10 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 = 4 + 10 = 14 Ω
R4 ∥ 14 = 7.241 Ω
R3 + 7.241 = 32.24 Ω
R2 ∥ 32.24 = 6.41 Ω
Req = R1 + 6.41 = 20 + 6.41 = 26.41 Ω

答案

Req = 26.41 Ω
3.节点分析

答案: PIs = 30.86 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/5 + (VA − 12)/8 + (VA − VB)/5 = 0
0.525·VA − 0.2·VB = 1.5

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/R4 + (VB − VA)/R3 = Is
VB/8 + (VB − VA)/5 = 2.5
−0.2·VA + 0.325·VB = 2.5

求解

Δ = (0.525)(0.325) − (−0.2)(−0.2) = 0.1306
VA = Δ1/Δ = 0.9875/0.1306 = 7.56 V
VB = Δ2/Δ = 1.613/0.1306 = 12.34 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 = 12.34·2.5 = 30.86 W

答案

PIs = 30.86 W
4.节点分析

答案: IR1 = −0.868 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​ = 3 ΩR2​ = 2 ΩR4​ = 10 Ω+−V1​5 VR3​20 ΩAR5​12 ΩBIs​2.5 A+−V2​6 V

设定节点

地为底部导线。已知节点电压直接来自电源(V1 = 5 V, V2 = 6 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/20 + (VA − 5)/3 + (VA − VB)/2 = 0
0.8833·VA − 0.5·VB = 1.667

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/12 + (VB − VA)/2 + (VB − 6)/10 = 2.5
−0.5·VA + 0.6833·VB = 3.1

求解

Δ = (0.8833)(0.6833) − (−0.5)(−0.5) = 0.3536
VA = Δ1/Δ = 2.689/0.3536 = 7.604 V
VB = Δ2/Δ = 3.572/0.3536 = 10.1 V

答案

IR1 = (V1 − VA)/R1 = (5 − 7.604)/3 = −0.868 A
5.网孔分析

答案: VR2 = 0.6923 V

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​ = 10 Ω+−V1​18 VR3​10 ΩA+−V2​9 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
8·I1 + 10(I1 − I2) = 18
18·I1 − 10·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
10·I2 + 10(I2 − I1) = (−9)
−10·I1 + 20·I2 = −9

求解

Δ = (18)(20) − (−10)(−10) = 260
I1 = Δ1/Δ = 270/260 = 1.038 A
I2 = Δ2/Δ = 18/260 = 0.06923 A

答案

IR2 = I2 = 0.06923 A
VR2 = IR2·R2 = 0.06923·10 = 0.6923 V

网孔电流为负表示逆时针流动。

6.网孔分析

答案: VR1 = 8.347 V

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​ = 20 ΩR2​ = 6 ΩR3​ = 25 Ω+−V1​12 VR4​10 ΩAR5​12 ΩB+−V2​9 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
20·I1 + 10(I1 − I2) = 12
30·I1 − 10·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
6·I2 + 10(I2 − I1) + 12(I2 − I3) = 0
−10·I1 + 28·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
25·I3 + 12(I3 − I2) = (−9)
−12·I2 + 37·I3 = −9

求解

Δ = 系数矩阵的行列式 = 23060
I1 = Δ1/Δ = 9624/23060 = 0.4173 A
I2 = Δ2/Δ = 1200/23060 = 0.05204 A
I3 = Δ3/Δ = −5220/23060 = −0.2264 A

答案

IR1 = I1 = 0.4173 A
VR1 = IR1·R1 = 0.4173·20 = 8.347 V

网孔电流为负表示逆时针流动。

7.叠加定理

答案: PR1 = 45 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​ = 5 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​30 VR2​5 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 = 10+10 = 20 Ω
R2 ∥ (R3+R4) = 5·20/(5+20) = 4 Ω
VA = 30·4/(5+4) = 13.33 V
VB = VA·R4/(R3+R4) = 13.33·10/20 = 6.667 V
IR1′ = (V1 − VA)/R1 = (30 − 13.33)/5 = 3.333 A
R1​ = 5 ΩR3​ = 10 Ω短路R2​5 ΩAR4​10 ΩBIs​1.5 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 = 5·5/(5+5) = 2.5 Ω
Req = R4 ∥ (R3+R1∥R2) = 10 ∥ 12.5 = 5.556 Ω
VB = Is·Req = 1.5·5.556 = 8.333 V
VA = VB·(R1∥R2)/(R3+R1∥R2) = 8.333·2.5/12.5 = 1.667 V
IR1″ = (V1 − VA)/R1 = (0 − 1.667)/5 = −0.3333 A

把电流的各个贡献相加

IR1 = IR1′ + IR1″ = 3.333 + (−0.3333) = 3 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。

PR1 = IR1²·R1 = 3²·5 = 45 W

答案

PR1 = 45 W

把各单独情况下的功率相加会得到 56.11 W,这是错误的。

8.叠加定理

答案: VR3 = 15.27 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​ = 4 ΩR2​ = 8 ΩR4​ = 15 Ω+−V1​10 VR3​15 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) = 15 ∥ 23 = 9.079 Ω
VA = 10·9.079/(4+9.079) = 6.942 V
VB = VA·R4/(R2+R4) = 6.942·15/23 = 4.527 V
VR3′ = VA − 0 = 6.942 − 0 = 6.942 V
R1​ = 4 ΩR2​ = 8 ΩR4​ = 15 Ω短路R3​15 ΩAIs​3 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 = 3.158 Ω,所以左侧路径为 R2+3.158 = 11.16 Ω
Req = R4 ∥ 11.16 = 6.398 Ω
VB = Is·Req = 3·6.398 = 19.2 V
VA = VB·3.158/11.16 = 5.433 V
VR3″ = VA − 0 = 5.433 − 0 = 5.433 V
R1​ = 4 ΩR2​ = 8 ΩR4​ = 15 Ω短路R3​15 ΩA开路B+−V2​24 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 = 4·15/(4+15) = 3.158 Ω
VB = V2·(R2+R1∥R3)/(R4+R2+R1∥R3) = 24·11.16/26.16 = 10.24 V
VA = VB·(R1∥R3)/(R2+R1∥R3) = 10.24·3.158/11.16 = 2.897 V
VR3‴ = VA − 0 = 2.897 − 0 = 2.897 V

叠加各分量

VR3 = VR3′ + VR3″ + VR3‴
VR3 = 6.942 + 5.433 + 2.897 = 15.27 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 = 0.9231 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​ = 6 ΩR3​ = 4 Ω短路R2​4 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 = 6·4/(6+4) = 2.4 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2.4 + 4 = 6.4 Ω
R1​ = 6 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​24 VR2​4 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) = 24·4/(6+4) = 9.6 V
Rth​ = 6.4 Ω+−Vth​9.6 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) = 9.6/(6.4 + 4) = 0.9231 A
10.戴维南和诺顿

答案: IL = 1.56 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​ = 20 ΩR3​ = 10 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 = 20·25/(20+25) = 11.11 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 11.11 + 10 = 21.11 Ω
R1​ = 20 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​36 VR2​25 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) = 20 + 1.5·11.11 = 36.67 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 36.67 + 1.5·10 = 51.67 V
Rth​ = 21.11 Ω+−Vth​51.67 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) = 51.67/(21.11 + 12) = 1.56 A
11.运放电路

答案: Vout = 4.705 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₊ = 1.5 V
I = V₋/R1 = 1.5/22 = 0.06818 mA

输出电压

流过 R₁ 的电流也流过 Rf。

Vout = V₋ + I·Rf = 1.5 + 0.06818·47 = 4.705 V

答案

Vout = 4.705 V
12.运放电路

答案: Vout = −1.8 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。

各级的增益

A1 = −Rf1/R1 = −47/47 = −1
A2 = 1 + Rf2/R2 = 1 + 47/47 = 2

逐级计算

V1 = −1·0.9 = −0.9 V
Vout = 2·(−0.9) = −1.8 V

答案

Vout = −1.8 V
13.RC 和 RL 暂态

答案: W(∞) = 10.12 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 = 68 mH / 22 Ω = 3.091 ms
i(∞) = Vs/R = 12/22 = 0.5455 A

储存的能量

W(∞) = ½·L·i(∞)² = ½·68·0.5455² = 10.12 mJ

答案

W(∞) = 10.12 mJ
14.RC 和 RL 暂态

答案: t = 0.8554 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。

初始值、终值、时间常数

在 t = 0 之前,闭合的开关把 R₂ 旁路;之后 R₁ 和 R₂ 都在回路中。

i(0) = 20/33 = 0.6061 A
i(∞) = 20/(33 + 22) = 0.3636 A
τ = L/R = 68/55 = 1.236 ms
i(t) = 0.3636 + (0.6061 − 0.3636)·e−t/τ

求解时间

e−t/τ = (0.485 − 0.3636)/(0.6061 − 0.3636) = 0.5006
t = 1.236·ln(1.998) = 0.8554 ms

答案

t = 0.8554 ms

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