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​ = 12 ΩIR1​R3​ = 6 Ω+−V1​12 VR2​4 ΩAR4​2 ΩB

求电源输出并流过 R1 的电流 IR1。

V1 = 12 VR1 = 12 ΩR2 = 4 ΩR3 = 6 ΩR4 = 2 Ω
IR1 = A
2.串并联电阻困难
R1​ = 25 ΩR3​ = 25 ΩR5​ = 15 Ω+−V1​30 VR2​6 ΩIR2​AR4​8 ΩBR6​12 Ω

求流过 R2 的电流 IR2。

V1 = 30 VR1 = 25 ΩR2 = 6 ΩR3 = 25 ΩR4 = 8 ΩR5 = 15 ΩR6 = 12 Ω
IR2 = A
3.节点分析中等
R1​ = 4 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​6 VR2​15 ΩAR4​2 ΩBIs​5 A

用节点分析法求 节点电压 VB(相对于地)。

V1 = 6 VIs = 5 AR1 = 4 ΩR2 = 15 ΩR3 = 3 ΩR4 = 2 Ω
VB = V
4.节点分析困难
R1​ = 8 ΩR2​ = 3 ΩR4​ = 8 Ω+−V1​5 VR3​5 ΩAR5​8 ΩBIs​2.5 A−+V2​5 V

用节点分析法求 节点电压 VA(相对于地)。

V1 = 5 VIs = 2.5 AV2 = 5 VR1 = 8 ΩR2 = 3 ΩR3 = 5 ΩR4 = 8 ΩR5 = 8 Ω
VA = V
5.网孔分析中等
R1​ = 6 ΩR2​ = 8 Ω+−V1​24 VR3​10 ΩA+−V2​24 VI1​I2​

用网孔分析法求 网孔电流 I1(顺时针)。

V1 = 24 VV2 = 24 VR1 = 6 ΩR2 = 8 ΩR3 = 10 Ω
I1 = A
6.网孔分析困难
R1​ = 2 ΩR2​ = 8 ΩR3​ = 25 Ω+−V1​6 VR4​6 ΩAR5​4 ΩB+−V2​24 VI1​I2​I3​

用网孔分析法求 网孔电流 I2(顺时针)。

V1 = 6 VV2 = 24 VR1 = 2 ΩR2 = 8 ΩR3 = 25 ΩR4 = 6 ΩR5 = 4 Ω
I2 = A
7.叠加定理中等
R1​ = 8 ΩR3​ = 10 ΩIR3​+−V1​30 VR2​4 ΩAR4​10 ΩBIs​1.5 A

用叠加定理求 沿箭头方向流过 R3 的电流 IR3。

V1 = 30 VIs = 1.5 AR1 = 8 ΩR2 = 4 ΩR3 = 10 ΩR4 = 10 Ω
IR3 = A
8.叠加定理困难
R1​ = 20 ΩR2​ = 10 ΩIR2​R4​ = 3 Ω+−V1​10 VR3​20 ΩAIs​3 AB+−V2​18 V

用叠加定理求 沿箭头方向流过 R2 的电流 IR2。

V1 = 10 VIs = 3 AV2 = 18 VR1 = 20 ΩR2 = 10 ΩR3 = 20 ΩR4 = 3 Ω
IR2 = A
9.戴维南和诺顿中等
R1​ = 12 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​6 VR2​10 ΩARL​3 ΩIL​B

在 a–b 之间接入负载 RL = 3 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 = 12 ΩR2 = 10 ΩR3 = 5 ΩRL = 3 Ω
IL = A
10.戴维南和诺顿困难
R1​ = 30 ΩR3​ = 30 Ω+−V1​36 VR2​2 ΩAIs​1.5 ABRL​30 ΩIL​

在 a–b 之间接入负载 RL = 30 Ω。利用戴维南等效电路求负载获得的功率 PL。

V1 = 36 VIs = 1.5 AR1 = 30 ΩR2 = 2 ΩR3 = 30 ΩRL = 30 Ω
PL = W
11.运放电路中等
−+Vout​Rf​ = 4.7 kΩR1​ = 2 kΩVin​

运放为理想运放,采用 ±15 V 电源;其输出饱和电压为 ±14 V。 同相放大器由正弦波驱动。求输出不削波时的最大输入幅值 Vin,max(峰值)。

R1 = 2 kΩRf = 4.7 kΩVsat = ±14 V
Vin,max = V
12.运放电路困难
−+Vout​C = 0.1 µFVin​ = 0.3 VR = 22 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 ±13 V。在 t = 0 施加恒定输入 Vin = 0.3 V 时,电容未充电。 t = 0 之后多长时间输出达到饱和?求 t。

Vin = 0.3 VR = 22 kΩC = 0.1 µFVsat = ±13 V
t = ms
13.RC 和 RL 暂态中等
R = 47 Ωt = 0L150 mHi(t)

电感中流过 2.5 A 的稳定电流。在 t = 0 开关使回路经 R 闭合并移除电源,于是电感电流经 R 衰减。 电流降到 1.25 A 需要多长时间?求 t。

i(0) = 2.5 AR = 47 ΩL = 150 mH
t = ms
14.RC 和 RL 暂态困难
+−Vs​24 VR1​ = 33 ΩR2​ = 5 Ω在 t = 0 闭合L22 mHi(t)

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 0.67 A?求 t。

Vs = 24 VR1 = 33 ΩR2 = 5 ΩL = 22 mH
t = ms

3溶液

1.串并联电阻

答案: IR1 = 0.8182 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​ = 12 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​12 VR2​4 ΩAR4​2 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 = 6 + 2 = 8 Ω
R2 ∥ 8 = 4·8/(4+8) = 2.667 Ω
Req = R1 + 2.667 = 12 + 2.667 = 14.67 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 = 12/14.67 = 0.8182 A

答案

IR1 = 0.8182 A
2.串并联电阻

答案: IR2 = 0.8377 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​ = 25 ΩR3​ = 25 ΩR5​ = 15 Ω+−V1​30 VR2​6 ΩAR4​8 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 = 15 + 12 = 27 Ω
R4 ∥ 27 = 6.171 Ω
R3 + 6.171 = 31.17 Ω
R2 ∥ 31.17 = 5.032 Ω
Req = R1 + 5.032 = 25 + 5.032 = 30.03 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 = 30/30.03 = 0.999 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 = 30 − 0.999·25 = 5.026 V
IR2 = VA/R2 = 5.026/6 = 0.8377 A

答案

IR2 = 0.8377 A
3.节点分析

答案: VB = 8.71 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​ = 4 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​6 VR2​15 ΩAR4​2 ΩBIs​5 A

设定节点

地为底部导线。已知节点电压直接来自电源(V1 = 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/R2 + (VA − V1)/R1 + (VA − VB)/R3 = 0
VA/15 + (VA − 6)/4 + (VA − VB)/3 = 0
0.65·VA − 0.3333·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/2 + (VB − VA)/3 = 5
−0.3333·VA + 0.8333·VB = 5

求解

Δ = (0.65)(0.8333) − (−0.3333)(−0.3333) = 0.4306
VA = Δ1/Δ = 2.917/0.4306 = 6.774 V
VB = Δ2/Δ = 3.75/0.4306 = 8.71 V

答案

VB = 8.71 V
4.节点分析

答案: VA = −2.481 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​ = 8 ΩR2​ = 3 ΩR4​ = 8 Ω+−V1​5 VR3​5 ΩAR5​8 ΩBIs​2.5 A−+V2​5 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 = −5 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/5 + (VA − 5)/8 + (VA − VB)/3 = 0
0.6583·VA − 0.3333·VB = 0.625

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/8 + (VB − VA)/3 + (VB − (−5))/8 = (−2.5)
−0.3333·VA + 0.5833·VB = −3.125

求解

Δ = (0.6583)(0.5833) − (−0.3333)(−0.3333) = 0.2729
VA = Δ1/Δ = −0.6771/0.2729 = −2.481 V
VB = Δ2/Δ = −1.849/0.2729 = −6.775 V

答案

VA = −2.481 V
5.网孔分析

答案: I1 = 1.021 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​ = 6 ΩR2​ = 8 Ω+−V1​24 VR3​10 ΩA+−V2​24 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
6·I1 + 10(I1 − I2) = 24
16·I1 − 10·I2 = 24

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
8·I2 + 10(I2 − I1) = (−24)
−10·I1 + 18·I2 = −24

求解

Δ = (16)(18) − (−10)(−10) = 188
I1 = Δ1/Δ = 192/188 = 1.021 A
I2 = Δ2/Δ = −144/188 = −0.766 A

答案

I1 = 1.021 A

网孔电流为负表示逆时针流动。

6.网孔分析

答案: I2 = 0.09188 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​ = 2 ΩR2​ = 8 ΩR3​ = 25 Ω+−V1​6 VR4​6 ΩAR5​4 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
2·I1 + 6(I1 − I2) = 6
8·I1 − 6·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
8·I2 + 6(I2 − I1) + 4(I2 − I3) = 0
−6·I1 + 18·I2 − 4·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 + 4(I3 − I2) = (−24)
−4·I2 + 29·I3 = −24

求解

Δ = 系数矩阵的行列式 = 3004
I1 = Δ1/Δ = 2460/3004 = 0.8189 A
I2 = Δ2/Δ = 276/3004 = 0.09188 A
I3 = Δ3/Δ = −2448/3004 = −0.8149 A

答案

I2 = 0.09188 A

网孔电流为负表示逆时针流动。

7.叠加定理

答案: IR3 = −0.2206 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​ = 8 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​30 VR2​4 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) = 4·20/(4+20) = 3.333 Ω
VA = 30·3.333/(8+3.333) = 8.824 V
VB = VA·R4/(R3+R4) = 8.824·10/20 = 4.412 V
IR3′ = (VA − VB)/R3 = (8.824 − 4.412)/10 = 0.4412 A
R1​ = 8 ΩR3​ = 10 Ω短路R2​4 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 = 8·4/(8+4) = 2.667 Ω
Req = R4 ∥ (R3+R1∥R2) = 10 ∥ 12.67 = 5.588 Ω
VB = Is·Req = 1.5·5.588 = 8.382 V
VA = VB·(R1∥R2)/(R3+R1∥R2) = 8.382·2.667/12.67 = 1.765 V
IR3″ = (VA − VB)/R3 = (1.765 − 8.382)/10 = −0.6618 A

叠加各分量

IR3 = IR3′ + IR3″
IR3 = 0.4412 + (−0.6618) = −0.2206 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: IR2 = −0.1739 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​ = 20 ΩR2​ = 10 ΩR4​ = 3 Ω+−V1​10 VR3​20 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) = 20 ∥ 13 = 7.879 Ω
VA = 10·7.879/(20+7.879) = 2.826 V
VB = VA·R4/(R2+R4) = 2.826·3/13 = 0.6522 V
IR2′ = (VA − VB)/R2 = (2.826 − 0.6522)/10 = 0.2174 A
R1​ = 20 ΩR2​ = 10 ΩR4​ = 3 Ω短路R3​20 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 = 10 Ω,所以左侧路径为 R2+10 = 20 Ω
Req = R4 ∥ 20 = 2.609 Ω
VB = Is·Req = (−3)·2.609 = −7.826 V
VA = VB·10/20 = −3.913 V
IR2″ = (VA − VB)/R2 = (−3.913 − −7.826)/10 = 0.3913 A
R1​ = 20 ΩR2​ = 10 ΩR4​ = 3 Ω短路R3​20 ΩA开路B+−V2​18 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 = 20·20/(20+20) = 10 Ω
VB = V2·(R2+R1∥R3)/(R4+R2+R1∥R3) = 18·20/23 = 15.65 V
VA = VB·(R1∥R3)/(R2+R1∥R3) = 15.65·10/20 = 7.826 V
IR2‴ = (VA − VB)/R2 = (7.826 − 15.65)/10 = −0.7826 A

叠加各分量

IR2 = IR2′ + IR2″ + IR2‴
IR2 = 0.2174 + 0.3913 + (−0.7826) = −0.1739 A

结果为负表示实际上 电流与箭头方向相反。

9.戴维南和诺顿

答案: IL = 0.2027 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​ = 12 ΩR3​ = 5 Ω短路R2​10 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 = 12·10/(12+10) = 5.455 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 5.455 + 5 = 10.45 Ω
R1​ = 12 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​6 VR2​10 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) = 6·10/(12+10) = 2.727 V
Rth​ = 10.45 Ω+−Vth​2.727 VRL​3 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) = 2.727/(10.45 + 3) = 0.2027 A
10.戴维南和诺顿

答案: PL = 19.64 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​ = 30 ΩR3​ = 30 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 = 30·2/(30+2) = 1.875 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 1.875 + 30 = 31.88 Ω
R1​ = 30 ΩR3​ = 30 Ω+−V1​36 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) = 2.25 + 1.5·1.875 = 5.063 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 5.063 + 1.5·30 = 50.06 V
Rth​ = 31.88 Ω+−Vth​50.06 VRL​30 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) = 50.06/(31.88 + 30) = 0.8091 A
PL = IL²·RL = 0.8091²·30 = 19.64 W
11.运放电路

答案: Vin,max = 4.179 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。

增益

Av = 1 + Rf/R1 = 1 + 4.7/2 = 3.35

削波前的最大输入

Vin,max = Vsat/|Av| = 14/3.35 = 4.179 V

答案

Vin,max = 4.179 V
12.运放电路

答案: t = 95.33 ms

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 = 22 kΩ · 0.1 µF = 2.2 ms
斜坡速率 = −Vin/(RC) = −0.3/2.2 = −0.1364 V/ms

达到饱和的时间

|Vin|·t/(RC) = Vsat → t = Vsat·RC/|Vin| = 13·2.2/0.3 = 95.33 ms

答案

t = 95.33 ms
13.RC 和 RL 暂态

答案: t = 2.212 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。

时间常数

τ = L/R = 150 mH / 47 Ω = 3.191 ms

求解时间

1.25 = 2.5·e−t/τ → t = τ·ln(2.5/1.25)
t = 3.191·ln(2) = 2.212 ms

答案

t = 2.212 ms
14.RC 和 RL 暂态

答案: t = 0.3422 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,两个电阻都在回路中;之后闭合的开关把 R₂ 旁路。

i(0) = 24/(33 + 5) = 0.6316 A
i(∞) = 24/33 = 0.7273 A
τ = L/R = 22/33 = 0.6667 ms
i(t) = 0.7273 + (0.6316 − 0.7273)·e−t/τ

求解时间

e−t/τ = (0.67 − 0.7273)/(0.6316 − 0.7273) = 0.5985
t = 0.6667·ln(1.671) = 0.3422 ms

答案

t = 0.3422 ms

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