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

求电源 V₁ 看到的等效电阻 R_eq。

V₁ = 6 VR₁ = 6 ΩR₂ = 10 ΩR₃ = 5 ΩR₄ = 5 Ω

R_eq = Ω

2.串并联电阻困难

求电源 V₁ 看到的等效电阻 R_eq。

V₁ = 6 VR₁ = 3 ΩR₂ = 12 ΩR₃ = 30 ΩR₄ = 2 ΩR₅ = 15 ΩR₆ = 5 Ω

R_eq = Ω

3.节点分析中等

用节点分析法求电流源 I_s 输出的功率 P_Is。

V₁ = 15 VI_s = 5 AR₁ = 12 ΩR₂ = 5 ΩR₃ = 10 ΩR₄ = 15 Ω

P_Is = W

4.节点分析困难

A 与 B 之间的电压源 Vₛ 的 + 端在 B，所以它使 V_B − V_A = Vₛ。用含超节点的节点分析法求沿箭头方向流过 R₁ 的电流 I_R1。

V₁ = 15 VI_s = 2 AV_s = 15 VR₁ = 25 ΩR₂ = 15 ΩR₃ = 15 Ω

I_R1 = A

5.网孔分析中等

用网孔分析法求网孔电流 I₂（顺时针）。

V₁ = 10 VV₂ = 24 VR₁ = 12 ΩR₂ = 10 ΩR₃ = 12 Ω

I₂ = A

6.网孔分析困难

用网孔分析法求 R₁ 两端按图示极性的电压 V_R1。

V₁ = 6 VV₂ = 24 VR₁ = 6 ΩR₂ = 6 ΩR₃ = 10 ΩR₄ = 6 ΩR₅ = 2 Ω

V_R1 = V

7.叠加定理中等

一个线性电阻电路含有一个电压源 V_s 和一个电流源 I_s。流过负载电阻的电流 I 测量了两次：V_s = 10 V、I_s = 2 mA 时，I = 9.6 mA；V_s = 4 V、I_s = 6 mA 时，I = 2.8 mA。求 V_s = 8 V、I_s = 4 mA 时的负载电流 I。

10 V, 2 mA → 9.6 mA4 V, 6 mA → 2.8 mAV_s = 8 V, I_s = 4 mA

I = mA

8.叠加定理困难

用叠加定理求沿箭头方向流过 R₂ 的电流 I_R2。

V₁ = 24 VI_s = 2 AV₂ = 5 VR₁ = 10 ΩR₂ = 5 ΩR₃ = 4 ΩR₄ = 6 Ω

I_R2 = A

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 = 24 VR₁ = 4 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 = 20 Ω。将电路其余部分替换为戴维南等效电路，求负载电流 I_L。

V₁ = 18 VI_s = 4 AR₁ = 30 ΩR₂ = 15 ΩR₃ = 6 ΩR_L = 20 Ω

I_L = A

11.运放电路中等

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 V_out。

V₁ = 1.9 VV₂ = −1.5 VR₁ = R₃ = 4.7 kΩR₂ = R₄ = 1 kΩ

V_out = V

12.运放电路困难

两个理想运放级级联连接：一个反相放大器（R₁，R_f1），后接一个同相放大器（R₂ 接地，R_f2 在反馈支路中）。两级都采用 ±15 V 电源。输入为 V_in = −0.6 V。求输出电压 V_out。

R₁ = 1 kΩR_f1 = 1 kΩR₂ = 10 kΩR_f2 = 47 kΩV_in = −0.6 V

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 t = 1 ms 时电感两端的电压 v_L。

V_s = 15 VR = 100 ΩL = 33 mHt = 1 ms

v_L = V

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。求 t = 5 ms 时的电感电流 i。

V_s = 15 VR₁ = 20 ΩR₂ = 20 ΩL = 47 mHt = 5 ms

i = A

3溶液

1.串并联电阻

答案: R_eq = 11 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。

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 = 5 + 5 = 10 Ω

R₂ ∥ 10 = 10·10/(10+10) = 5 Ω

R_eq = R₁ + 5 = 6 + 5 = 11 Ω

答案

R_eq = 11 Ω

2.串并联电阻

答案: R_eq = 11.71 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 + 5 = 20 Ω

R₄ ∥ 20 = 1.818 Ω

R₃ + 1.818 = 31.82 Ω

R₂ ∥ 31.82 = 8.714 Ω

R_eq = R₁ + 8.714 = 3 + 8.714 = 11.71 Ω

答案

R_eq = 11.71 Ω

3.节点分析

答案: P_Is = 189.4 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。

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

V_A/5 + (V_A − 15)/12 + (V_A − V_B)/10 = 0

0.3833·V_A − 0.1·V_B = 1.25

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/R₄ + (V_B − V_A)/R₃ = I_s

V_B/15 + (V_B − V_A)/10 = 5

−0.1·V_A + 0.1667·V_B = 5

求解

Δ = (0.3833)(0.1667) − (−0.1)(−0.1) = 0.05389

V_A = Δ₁/Δ = 0.7083/0.05389 = 13.14 V

V_B = Δ₂/Δ = 2.042/0.05389 = 37.89 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 V_B。电流从其 + 端流出的电源输出功率 P = V·I。

P_Is = V_B·I_s = 37.89·5 = 189.4 W

答案

P_Is = 189.4 W

4.节点分析

答案: I_R1 = 0.2308 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。

构成超节点

A 与 B 之间的电压源中的电流未知，所以不能分别在 A 或 B 单独列 KCL。把 A、B 和电压源一起包成一个超节点：流入它的电流等于流出它的电流。

V_B = V_A + 15

(V_A − V₁)/R₁ + V_A/R₂ + V_B/R₃ = I_s

求解

(V_A − 15)/25 + V_A/15 + (V_A + 15)/15 = 2

V_A·(1/25 + 1/15 + 1/15) = 2 + 15/25 − 15/15 = 1.6

V_A = 1.6/0.1733 = 9.231 V

V_B = 24.23 V

流过 R₁ 的电流

I_R1 = (V₁ − V_A)/R₁ = (15 − 9.231)/25 = 0.2308 A

答案

I_R1 = 0.2308 A

结果为负表示实际电流与箭头方向相反。

5.网孔分析

答案: I₂ = −1.188 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

12·I₁ + 12(I₁ − I₂) = 10

24·I₁ − 12·I₂ = 10

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 + 12(I₂ − I₁) = (−24)

−12·I₁ + 22·I₂ = −24

求解

Δ = (24)(22) − (−12)(−12) = 384

I₁ = Δ₁/Δ = −68/384 = −0.1771 A

I₂ = Δ₂/Δ = −456/384 = −1.188 A

答案

I₂ = −1.188 A

网孔电流为负表示逆时针流动。

6.网孔分析

答案: V_R1 = 2.719 V

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

6·I₁ + 6(I₁ − I₂) = 6

12·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

6·I₂ + 6(I₂ − I₁) + 2(I₂ − I₃) = 0

−6·I₁ + 14·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

10·I₃ + 2(I₃ − I₂) = (−24)

−2·I₂ + 12·I₃ = −24

求解

Δ = 系数矩阵的行列式 = 1536

I₁ = Δ₁/Δ = 696/1536 = 0.4531 A

I₂ = Δ₂/Δ = −144/1536 = −0.09375 A

I₃ = Δ₃/Δ = −3096/1536 = −2.016 A

答案

I_R1 = I₁ = 0.4531 A

V_R1 = I_R1·R₁ = 0.4531·6 = 2.719 V

网孔电流为负表示逆时针流动。

7.叠加定理

答案: I = 7.2 mA

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。

把响应写成各贡献之和

每个贡献与其自身的电源成正比，比例常数只与电阻有关。

I = k₁·V_s + k₂·I_s

10·k₁ + 2·k₂ = 9.6

4·k₁ + 6·k₂ = 2.8

求常数

Δ = (10)(6) − (2)(4) = 52

k₁ = Δ₁/Δ = 52/52 = 1

k₂ = Δ₂/Δ = −10.4/52 = −0.2

k₁ = 1 mA/V, k₂ = −0.2

预测新的电流

I = 1·8 + (−0.2)·4 = 7.2 mA

答案

I = 7.2 mA

8.叠加定理

答案: I_R2 = −0.732 A

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) = 4 ∥ 11 = 2.933 Ω

V_A = 24·2.933/(10+2.933) = 5.443 V

V_B = V_A·R₄/(R₂+R₄) = 5.443·6/11 = 2.969 V

I_R2′ = (V_A − V_B)/R₂ = (5.443 − 2.969)/5 = 0.4948 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 = 2.857 Ω，所以左侧路径为 R₂+2.857 = 7.857 Ω

R_eq = R₄ ∥ 7.857 = 3.402 Ω

V_B = I_s·R_eq = 2·3.402 = 6.804 V

V_A = V_B·2.857/7.857 = 2.474 V

I_R2″ = (V_A − V_B)/R₂ = (2.474 − 6.804)/5 = −0.866 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 = 10·4/(10+4) = 2.857 Ω

V_B = V₂·(R₂+R₁∥R₃)/(R₄+R₂+R₁∥R₃) = 5·7.857/13.86 = 2.835 V

V_A = V_B·(R₁∥R₃)/(R₂+R₁∥R₃) = 2.835·2.857/7.857 = 1.031 V

I_R2‴ = (V_A − V_B)/R₂ = (1.031 − 2.835)/5 = −0.3608 A

叠加各分量

I_R2 = I_R2′ + I_R2″ + I_R2‴

I_R2 = 0.4948 + (−0.866) + (−0.3608) = −0.732 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: I_N = 0.9375 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 = 4·5/(4+5) = 2.222 Ω

R_th = (R₁ ∥ R₂) + R₃ = 2.222 + 12 = 14.22 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) = 24·5/(4+5) = 13.33 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 = 13.33/14.22 = 0.9375 A

10.戴维南和诺顿

答案: I_L = 1.944 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 = 30·15/(30+15) = 10 Ω

R_th = (R₁ ∥ R₂) + R₃ = 10 + 6 = 16 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) = 6 + 4·10 = 46 V

V_th = V_B = V_A + I_s·R₃ = 46 + 4·6 = 70 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) = 70/(16 + 20) = 1.944 A

11.运放电路

答案: V_out = −0.7234 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) = −1.5·1/(4.7 + 1) = −0.2632 V

V₋ = V₊

反相输入端的 KCL

(1.9 − −0.2632)/4.7 = (−0.2632 − V_out)/1

V_out = (R₂/R₁)·(V₂ − V₁) = (1/4.7)·(−1.5 − 1.9) = −0.7234 V

答案

V_out = −0.7234 V

12.运放电路

答案: V_out = 3.42 V

各级的增益

A₁ = −R_f1/R₁ = −1/1 = −1

A₂ = 1 + R_f2/R₂ = 1 + 47/10 = 5.7

逐级计算

V₁ = −1·(−0.6) = 0.6 V

V_out = 5.7·0.6 = 3.42 V

答案

V_out = 3.42 V

13.RC 和 RL 暂态

答案: v_L = 0.7245 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。

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 = 33 mH / 100 Ω = 0.33 ms

i(∞) = V_s/R = 15/100 = 0.15 A

电感电压

t = 0 时全部电源电压加在电感上；之后衰减到零。

v_L(t) = V_s·e^−t/τ = 15·e^−1/0.33 = 0.7245 V

答案

v_L = 0.7245 V

14.RC 和 RL 暂态

答案: i = 0.7053 A

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) = 15/(20 + 20) = 0.375 A

i(∞) = 15/20 = 0.75 A

τ = L/R = 47/20 = 2.35 ms

i(t) = 0.75 + (0.375 − 0.75)·e^−t/τ

给定时刻的电流

i(5) = 0.75 + (−0.375)·e^−5/2.35 = 0.7053 A

答案

i = 0.7053 A

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

答案

从远端开始合并电阻

答案

节点 A 的 KCL

节点 B 的 KCL

求解

电流源输出的功率

答案

构成超节点

求解

流过 R₁ 的电流

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

把响应写成各贡献之和

求常数

预测新的电流

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

叠加各分量

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

输入端的电压

反相输入端的 KCL

答案

各级的增益

逐级计算

答案

时间常数和终值电流

电感电压

答案

初始值、终值、时间常数

给定时刻的电流

答案

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