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​ = 4 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​9 VR2​2 ΩIR2​AR4​8 ΩB

求流过 R2 的电流 IR2。

V1 = 9 VR1 = 4 ΩR2 = 2 ΩR3 = 12 ΩR4 = 8 Ω
IR2 = A
2.串并联电阻困难
R1​ = 8 ΩR3​ = 5 ΩR5​ = 4 Ω+−V1​9 VR2​6 ΩIR2​AR4​10 ΩBR6​30 Ω

求流过 R2 的电流 IR2。

V1 = 9 VR1 = 8 ΩR2 = 6 ΩR3 = 5 ΩR4 = 10 ΩR5 = 4 ΩR6 = 30 Ω
IR2 = A
3.节点分析中等
R1​ = 2 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​10 VR2​5 ΩAR4​8 ΩBIs​3 A

用节点分析法求 节点电压 VA(相对于地)。

V1 = 10 VIs = 3 AR1 = 2 ΩR2 = 5 ΩR3 = 3 ΩR4 = 8 Ω
VA = V
4.节点分析困难
R1​ = 30 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​6 VR2​10 ΩAR4​15 ΩBIs​?

调节电流源,使节点 A 的电压为 VA = 3.5 V。用节点分析法求电源电流 Is(方向如图所示)。

V1 = 6 VR1 = 30 ΩR2 = 10 ΩR3 = 6 ΩR4 = 15 ΩVA = 3.5 V
Is = A
5.网孔分析中等
R1​ = 5 ΩIR1​R2​ = 2 Ω+−V1​12 VR3​5 ΩA+−V2​12 VI1​I2​

用网孔分析法求 沿箭头方向流过 R1 的电流 IR1。

V1 = 12 VV2 = 12 VR1 = 5 ΩR2 = 2 ΩR3 = 5 Ω
IR1 = A
6.网孔分析困难
R1​ = 15 ΩR2​ = 8 Ω+−VR2​R3​ = 4 Ω+−V1​15 VR4​30 ΩAR5​2 ΩB+−V2​5 VI1​I2​I3​

用网孔分析法求 R2 两端按图示极性的电压 VR2。

V1 = 15 VV2 = 5 VR1 = 15 ΩR2 = 8 ΩR3 = 4 ΩR4 = 30 ΩR5 = 2 Ω
VR2 = V
7.叠加定理中等
R1​ = 12 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​10 VR2​15 Ω+−VR2​AR4​8 ΩBIs​3 A

用叠加定理求 R2 两端按图示极性的电压 VR2。

V1 = 10 VIs = 3 AR1 = 12 ΩR2 = 15 ΩR3 = 12 ΩR4 = 8 Ω
VR2 = V
8.叠加定理困难
R1​ = 3 ΩR2​ = 4 ΩIR2​R4​ = 10 Ω+−V1​24 VR3​3 ΩAIs​2 AB+−V2​36 V

用叠加定理求 R2 吸收的功率 PR2。

V1 = 24 VIs = 2 AV2 = 36 VR1 = 3 ΩR2 = 4 ΩR3 = 3 ΩR4 = 10 Ω
PR2 = W
9.戴维南和诺顿中等
R1​ = 4 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​30 VR2​12 ΩAab

求诺顿电流 IN:端口短路时从 a 流向 b 的电流。

V1 = 30 VR1 = 4 ΩR2 = 12 ΩR3 = 4 Ω
IN = A
10.戴维南和诺顿困难
R1​ = 20 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​10 VR2​3 ΩAIs​6 ABRL​2 ΩIL​

在 a–b 之间接入负载 RL = 2 Ω。利用戴维南等效电路求负载获得的功率 PL。

V1 = 10 VIs = 6 AR1 = 20 ΩR2 = 3 ΩR3 = 6 ΩRL = 2 Ω
PL = W
11.运放电路中等
−+Vout​R2​ = 1 kΩV1​ = −2.4 VR1​ = 10 kΩV2​ = 1.8 VR3​ = 10 kΩR4​ = 1 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 = −2.4 VV2 = 1.8 VR1 = R3 = 10 kΩR2 = R4 = 1 kΩ
Vout = V
12.运放电路困难
−+Vout​Rf​ = 2 kΩV1​ = 1.3 VR1​ = 100 kΩV2​ = 1.4 VR2​ = 1 kΩ

加法放大器使用 ±15 V 供电的理想运放。 求输出电压 Vout。

V1 = 1.3 VV2 = 1.4 VR1 = 100 kΩR2 = 1 kΩRf = 2 kΩ
Vout = V
13.RC 和 RL 暂态中等
+−Vs​10 Vt = 0R = 47 ΩL220 mHi(t)

开关在 t = 0 闭合前,电感中没有电流。 求 t = 5 ms 时的电流 i。

Vs = 10 VR = 47 ΩL = 220 mHt = 5 ms
i = A
14.RC 和 RL 暂态困难
+−Vs​15 Vt = 0R = 2.2 kΩC220 µF+−vC​vC​(0) = 20 V

开关在 t = 0 闭合前的一瞬间,电容电压为 20 V,极性如图所示。 求 t = 1000 ms 时的电容电压 vC。

Vs = 15 VR = 2.2 kΩC = 220 µFvC(0) = 20 Vt = 1000 ms
vC = V

3溶液

1.串并联电阻

答案: IR2 = 1.406 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​ = 4 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​9 VR2​2 ΩAR4​8 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 + 8 = 20 Ω
R2 ∥ 20 = 2·20/(2+20) = 1.818 Ω
Req = R1 + 1.818 = 4 + 1.818 = 5.818 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 = 9/5.818 = 1.547 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 − 1.547·4 = 2.813 V
IR2 = VA/R2 = 2.813/2 = 1.406 A

答案

IR2 = 1.406 A
2.串并联电阻

答案: IR2 = 0.5064 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​ = 8 ΩR3​ = 5 ΩR5​ = 4 Ω+−V1​9 VR2​6 ΩAR4​10 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 = 4 + 30 = 34 Ω
R4 ∥ 34 = 7.727 Ω
R3 + 7.727 = 12.73 Ω
R2 ∥ 12.73 = 4.078 Ω
Req = R1 + 4.078 = 8 + 4.078 = 12.08 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 = 9/12.08 = 0.7452 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 − 0.7452·8 = 3.039 V
IR2 = VA/R2 = 3.039/6 = 0.5064 A

答案

IR2 = 0.5064 A
3.节点分析

答案: VA = 9.08 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。

R1​ = 2 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​10 VR2​5 ΩAR4​8 ΩBIs​3 A

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)。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/R2 + (VA − V1)/R1 + (VA − VB)/R3 = 0
VA/5 + (VA − 10)/2 + (VA − VB)/3 = 0
1.033·VA − 0.3333·VB = 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)/3 = 3
−0.3333·VA + 0.4583·VB = 3

求解

Δ = (1.033)(0.4583) − (−0.3333)(−0.3333) = 0.3625
VA = Δ1/Δ = 3.292/0.3625 = 9.08 V
VB = Δ2/Δ = 4.767/0.3625 = 13.15 V

答案

VA = 9.08 V
4.节点分析

答案: Is = 0.6067 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

VA 已知,所以这个方程给出 VB。

(VA − V1)/R1 + VA/R2 + (VA − VB)/R3 = 0
(3.5 − 6)/30 + 3.5/10 = (VB − 3.5)/6
0.2667 = (VB − 3.5)/6 → VB = 5.1 V

节点 B 的 KCL

经电阻从 B 流出的电流等于电源注入 B 的电流。

Is = (VB − VA)/R3 + VB/R4 = (5.1 − 3.5)/6 + 5.1/15 = 0.6067 A

答案

Is = 0.6067 A
5.网孔分析

答案: IR1 = 0.5333 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​ = 5 ΩR2​ = 2 Ω+−V1​12 VR3​5 ΩA+−V2​12 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
5·I1 + 5(I1 − I2) = 12
10·I1 − 5·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 + R3(I2 − I1) = −V2
2·I2 + 5(I2 − I1) = (−12)
−5·I1 + 7·I2 = −12

求解

Δ = (10)(7) − (−5)(−5) = 45
I1 = Δ1/Δ = 24/45 = 0.5333 A
I2 = Δ2/Δ = −60/45 = −1.333 A

答案

IR1 = I1 = 0.5333 A

网孔电流为负表示逆时针流动。

6.网孔分析

答案: VR2 = 3.448 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​ = 15 ΩR2​ = 8 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​15 VR4​30 ΩAR5​2 ΩB+−V2​5 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
15·I1 + 30(I1 − I2) = 15
45·I1 − 30·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 + R4(I2 − I1) + R5(I2 − I3) = 0
8·I2 + 30(I2 − I1) + 2(I2 − I3) = 0
−30·I1 + 40·I2 − 2·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 + 2(I3 − I2) = (−5)
−2·I2 + 6·I3 = −5

求解

Δ = 系数矩阵的行列式 = 5220
I1 = Δ1/Δ = 3240/5220 = 0.6207 A
I2 = Δ2/Δ = 2250/5220 = 0.431 A
I3 = Δ3/Δ = −3600/5220 = −0.6897 A

答案

IR2 = I2 = 0.431 A
VR2 = IR2·R2 = 0.431·8 = 3.448 V

网孔电流为负表示逆时针流动。

7.叠加定理

答案: VR2 = 10.17 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​ = 12 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​10 VR2​15 ΩAR4​8 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 = 12+8 = 20 Ω
R2 ∥ (R3+R4) = 15·20/(15+20) = 8.571 Ω
VA = 10·8.571/(12+8.571) = 4.167 V
VB = VA·R4/(R3+R4) = 4.167·8/20 = 1.667 V
VR2′ = VA − 0 = 4.167 − 0 = 4.167 V
R1​ = 12 ΩR3​ = 12 Ω短路R2​15 ΩAR4​8 ΩBIs​3 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 = 12·15/(12+15) = 6.667 Ω
Req = R4 ∥ (R3+R1∥R2) = 8 ∥ 18.67 = 5.6 Ω
VB = Is·Req = 3·5.6 = 16.8 V
VA = VB·(R1∥R2)/(R3+R1∥R2) = 16.8·6.667/18.67 = 6 V
VR2″ = VA − 0 = 6 − 0 = 6 V

叠加各分量

VR2 = VR2′ + VR2″
VR2 = 4.167 + 6 = 10.17 V

结果为负表示实际上 极性与标注相反。

8.叠加定理

答案: PR2 = 0.2664 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​ = 3 ΩR2​ = 4 ΩR4​ = 10 Ω+−V1​24 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 ∥ 14 = 2.471 Ω
VA = 24·2.471/(3+2.471) = 10.84 V
VB = VA·R4/(R2+R4) = 10.84·10/14 = 7.742 V
IR2′ = (VA − VB)/R2 = (10.84 − 7.742)/4 = 0.7742 A
R1​ = 3 ΩR2​ = 4 ΩR4​ = 10 Ω短路R3​3 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。 Iₛ 的箭头向下,背离其节点,所以 Iₛ 从该节点抽出电流:其项带负号。

R1 ∥ R3 = 1.5 Ω,所以左侧路径为 R2+1.5 = 5.5 Ω
Req = R4 ∥ 5.5 = 3.548 Ω
VB = −Is·Req = −2·3.548 = −7.097 V
VA = VB·1.5/5.5 = −1.935 V
IR2″ = (VA − VB)/R2 = (−1.935 − −7.097)/4 = 1.29 A
R1​ = 3 ΩR2​ = 4 ΩR4​ = 10 Ω短路R3​3 ΩA开路B+−V2​36 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 = 3·3/(3+3) = 1.5 Ω
VB = V2·(R2+R1∥R3)/(R4+R2+R1∥R3) = 36·5.5/15.5 = 12.77 V
VA = VB·(R1∥R3)/(R2+R1∥R3) = 12.77·1.5/5.5 = 3.484 V
IR2‴ = (VA − VB)/R2 = (3.484 − 12.77)/4 = −2.323 A

把电流的各个贡献相加

IR2 = IR2′ + IR2″ + IR2‴ = 0.7742 + 1.29 + (−2.323) = −0.2581 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。

PR2 = IR2²·R2 = (−0.2581)²·4 = 0.2664 W

答案

PR2 = 0.2664 W

把各单独情况下的功率相加会得到 30.63 W,这是错误的。

9.戴维南和诺顿

答案: IN = 3.214 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​ = 4 ΩR3​ = 4 Ω短路R2​12 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 = 4·12/(4+12) = 3 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 3 + 4 = 7 Ω
R1​ = 4 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​30 VR2​12 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) = 30·12/(4+12) = 22.5 V
IN​3.214 ARth​7 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 = 22.5/7 = 3.214 A
10.戴维南和诺顿

答案: PL = 49.84 W

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​ = 6 Ω短路R2​3 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 = 20·3/(20+3) = 2.609 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2.609 + 6 = 8.609 Ω
R1​ = 20 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​10 VR2​3 ΩAIs​6 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) = 1.304 + 6·2.609 = 16.96 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 16.96 + 6·6 = 52.96 V
Rth​ = 8.609 Ω+−Vth​52.96 VRL​2 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) = 52.96/(8.609 + 2) = 4.992 A
PL = IL²·RL = 4.992²·2 = 49.84 W
11.运放电路

答案: Vout = 0.42 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) = 1.8·1/(10 + 1) = 0.1636 V
V₋ = V₊

反相输入端的 KCL

(−2.4 − 0.1636)/10 = (0.1636 − Vout)/1
Vout = (R2/R1)·(V2 − V1) = (1/10)·(1.8 − (−2.4)) = 0.42 V

答案

Vout = 0.42 V
12.运放电路

答案: Vout = −2.826 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 = 1.3/100 = 0.013 mA
I2 = V2/R2 = 1.4/1 = 1.4 mA
If = I1 + I2 = 1.413 mA

输出电压

Vout = −Rf·If = −2·1.413 = −2.826 V

答案

Vout = −2.826 V
13.RC 和 RL 暂态

答案: i = 0.1397 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 = 220 mH / 47 Ω = 4.681 ms
i(∞) = Vs/R = 10/47 = 0.2128 A

给定时刻的电流

i(t) = i(∞)·(1 − e−t/τ) = 0.2128·(1 − e−5/4.681) = 0.1397 A

答案

i = 0.1397 A
14.RC 和 RL 暂态

答案: vC = 15.63 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) = 20 V, vC(∞) = Vs = 15 V
τ = R·C = 2.2 kΩ · 220 µF = 484 ms
vC(t) = 15 + (20 − 15)·e−t/τ

给定时刻的电压

vC(1000) = 15 + (5)·e−1000/484 = 15.63 V

答案

vC = 15.63 V

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