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​ = 10 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​15 VR2​10 ΩIR2​AR4​12 ΩB

求流过 R2 的电流 IR2。

V1 = 15 VR1 = 10 ΩR2 = 10 ΩR3 = 10 ΩR4 = 12 Ω
IR2 = A
2.串并联电阻困难
R1​ = 2 ΩR3​ = 12 ΩR5​ = 6 Ω+−V1​15 VR2​6 ΩAR4​25 ΩBR6​12 Ω

求电源 V1 看到的等效电阻 Req。

V1 = 15 VR1 = 2 ΩR2 = 6 ΩR3 = 12 ΩR4 = 25 ΩR5 = 6 ΩR6 = 12 Ω
Req = Ω
3.节点分析中等
R1​ = 20 ΩR3​ = 12 ΩIR3​+−V1​30 VR2​15 ΩAR4​8 ΩBIs​1 A

用节点分析法求 沿箭头方向流过 R3 的电流 IR3。

V1 = 30 VIs = 1 AR1 = 20 ΩR2 = 15 ΩR3 = 12 ΩR4 = 8 Ω
IR3 = A
4.节点分析困难
R1​ = 2 ΩR2​ = 15 ΩIR2​R4​ = 25 Ω+−V1​15 VR3​4 ΩAR5​6 ΩBIs​1.5 A+−V2​6 V

用节点分析法求 沿箭头方向流过 R2 的电流 IR2。

V1 = 15 VIs = 1.5 AV2 = 6 VR1 = 2 ΩR2 = 15 ΩR3 = 4 ΩR4 = 25 ΩR5 = 6 Ω
IR2 = A
5.网孔分析中等
R1​ = 6 ΩR2​ = 4 Ω+−V1​6 VR3​15 ΩIR3​A+−V2​30 VI1​I2​

用网孔分析法求 沿箭头方向流过 R3 的电流 IR3。

V1 = 6 VV2 = 30 VR1 = 6 ΩR2 = 4 ΩR3 = 15 Ω
IR3 = A
6.网孔分析困难
R1​ = 30 ΩR2​ = 6 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​10 VR4​15 ΩAR5​6 ΩB+−V2​5 VI1​I2​I3​

用网孔分析法求 网孔电流 I1(顺时针)。

V1 = 10 VV2 = 5 VR1 = 30 ΩR2 = 6 ΩR3 = 8 ΩR4 = 15 ΩR5 = 6 Ω
I1 = A
7.叠加定理中等
R1​ = 15 ΩIR1​R3​ = 3 Ω+−V1​12 VR2​5 ΩAR4​20 ΩBIs​1.5 A

用叠加定理求 R1 吸收的功率 PR1。

V1 = 12 VIs = 1.5 AR1 = 15 ΩR2 = 5 ΩR3 = 3 ΩR4 = 20 Ω
PR1 = W
8.叠加定理困难
R1​ = 10 ΩR2​ = 25 ΩR4​ = 15 ΩIR4​+−V1​24 VR3​15 ΩAIs​6 AB−+V2​12 V

用叠加定理求 沿箭头方向流过 R4 的电流 IR4。

V1 = 24 VIs = 6 AV2 = 12 VR1 = 10 ΩR2 = 25 ΩR3 = 15 ΩR4 = 15 Ω
IR4 = A
9.戴维南和诺顿中等
R1​ = 12 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​30 VR2​15 ΩARL​2 ΩIL​B

在 a–b 之间接入负载 RL = 2 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 = 30 VR1 = 12 ΩR2 = 15 ΩR3 = 15 ΩRL = 2 Ω
IL = A
10.戴维南和诺顿困难
R1​ = 5 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​5 VR2​15 ΩAIs​2.5 ABab

求诺顿电流 IN:端口短路时从 a 流向 b 的电流。

V1 = 5 VIs = 2.5 AR1 = 5 ΩR2 = 15 ΩR3 = 6 Ω
IN = A
11.运放电路中等
−+Vout​Rf​ = 4.7 kΩR1​ = 1 kΩVin​ = −1.8 V

运放为理想运放,采用 ±15 V 电源。 求输出电压 Vout。

Vin = −1.8 VR1 = 1 kΩRf = 4.7 kΩ
Vout = V
12.运放电路困难
Vin​V1​Vout​第 1 级:反相R1​ = 2 kΩRf1​ = 10 kΩ第 2 级:同相R2​ = 47 kΩRf2​ = 22 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 = −0.45 V。求输出电压 Vout。

R1 = 2 kΩRf1 = 10 kΩR2 = 47 kΩRf2 = 22 kΩVin = −0.45 V
Vout = V
13.RC 和 RL 暂态中等
+−Vs​9 Vt = 0R = 15 ΩL68 mHi(t)

开关在 t = 0 闭合前,电感中没有电流。 求 t = 10 ms 时电感两端的电压 vL。

Vs = 9 VR = 15 ΩL = 68 mHt = 10 ms
vL = V
14.RC 和 RL 暂态困难
+−Vs​9 V在 t = 0 断开R1​ = 1 kΩR2​ = 2.2 kΩC22 µF+−vC​

开关已闭合很长时间,所以电路处于稳态。在 t = 0 开关断开。 求 t = 80 ms 时的电容电压 vC。

Vs = 9 VR1 = 1 kΩR2 = 2.2 kΩC = 22 µFt = 80 ms
vC = V

3溶液

1.串并联电阻

答案: IR2 = 0.6111 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​ = 10 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​15 VR2​10 ΩAR4​12 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 = 10 + 12 = 22 Ω
R2 ∥ 22 = 10·22/(10+22) = 6.875 Ω
Req = R1 + 6.875 = 10 + 6.875 = 16.88 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 = 15/16.88 = 0.8889 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 = 15 − 0.8889·10 = 6.111 V
IR2 = VA/R2 = 6.111/10 = 0.6111 A

答案

IR2 = 0.6111 A
2.串并联电阻

答案: Req = 6.735 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​ = 2 ΩR3​ = 12 ΩR5​ = 6 Ω+−V1​15 VR2​6 ΩAR4​25 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 = 6 + 12 = 18 Ω
R4 ∥ 18 = 10.47 Ω
R3 + 10.47 = 22.47 Ω
R2 ∥ 22.47 = 4.735 Ω
Req = R1 + 4.735 = 2 + 4.735 = 6.735 Ω

答案

Req = 6.735 Ω
3.节点分析

答案: IR3 = 0.17 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​ = 20 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​30 VR2​15 ΩAR4​8 ΩBIs​1 A

设定节点

地为底部导线。已知节点电压直接来自电源(V1 = 30 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 − 30)/20 + (VA − VB)/12 = 0
0.2·VA − 0.08333·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)/12 = 1
−0.08333·VA + 0.2083·VB = 1

求解

Δ = (0.2)(0.2083) − (−0.08333)(−0.08333) = 0.03472
VA = Δ1/Δ = 0.3958/0.03472 = 11.4 V
VB = Δ2/Δ = 0.325/0.03472 = 9.36 V

答案

IR3 = (VA − VB)/R3 = (11.4 − 9.36)/12 = 0.17 A
4.节点分析

答案: IR2 = 0.07466 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​ = 2 ΩR2​ = 15 ΩR4​ = 25 Ω+−V1​15 VR3​4 ΩAR5​6 ΩBIs​1.5 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 = 15 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/4 + (VA − 15)/2 + (VA − VB)/15 = 0
0.8167·VA − 0.06667·VB = 7.5

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/R5 + (VB − VA)/R2 + (VB − V2)/R4 = Is
VB/6 + (VB − VA)/15 + (VB − 6)/25 = 1.5
−0.06667·VA + 0.2733·VB = 1.74

求解

Δ = (0.8167)(0.2733) − (−0.06667)(−0.06667) = 0.2188
VA = Δ1/Δ = 2.166/0.2188 = 9.9 V
VB = Δ2/Δ = 1.921/0.2188 = 8.781 V

答案

IR2 = (VA − VB)/R2 = (9.9 − 8.781)/15 = 0.07466 A
5.网孔分析

答案: IR3 = 1.172 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​ = 4 Ω+−V1​6 VR3​15 ΩA+−V2​30 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 + 15(I1 − I2) = 6
21·I1 − 15·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 + R3(I2 − I1) = −V2
4·I2 + 15(I2 − I1) = (−30)
−15·I1 + 19·I2 = −30

求解

Δ = (21)(19) − (−15)(−15) = 174
I1 = Δ1/Δ = −336/174 = −1.931 A
I2 = Δ2/Δ = −540/174 = −3.103 A

答案

IR3 = I1 − I2 = 1.172 A

网孔电流为负表示逆时针流动。

6.网孔分析

答案: I1 = 0.2426 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​ = 30 ΩR2​ = 6 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​10 VR4​15 ΩAR5​6 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
30·I1 + 15(I1 − I2) = 10
45·I1 − 15·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 + R4(I2 − I1) + R5(I2 − I3) = 0
6·I2 + 15(I2 − I1) + 6(I2 − I3) = 0
−15·I1 + 27·I2 − 6·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
8·I3 + 6(I3 − I2) = (−5)
−6·I2 + 14·I3 = −5

求解

Δ = 系数矩阵的行列式 = 12240
I1 = Δ1/Δ = 2970/12240 = 0.2426 A
I2 = Δ2/Δ = 750/12240 = 0.06127 A
I3 = Δ3/Δ = −4050/12240 = −0.3309 A

答案

I1 = 0.2426 A

网孔电流为负表示逆时针流动。

7.叠加定理

答案: PR1 = 1.813 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​ = 15 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​12 VR2​5 ΩAR4​20 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 = 3+20 = 23 Ω
R2 ∥ (R3+R4) = 5·23/(5+23) = 4.107 Ω
VA = 12·4.107/(15+4.107) = 2.579 V
VB = VA·R4/(R3+R4) = 2.579·20/23 = 2.243 V
IR1′ = (V1 − VA)/R1 = (12 − 2.579)/15 = 0.628 A
R1​ = 15 ΩR3​ = 3 Ω短路R2​5 ΩAR4​20 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 = 15·5/(15+5) = 3.75 Ω
Req = R4 ∥ (R3+R1∥R2) = 20 ∥ 6.75 = 5.047 Ω
VB = Is·Req = 1.5·5.047 = 7.57 V
VA = VB·(R1∥R2)/(R3+R1∥R2) = 7.57·3.75/6.75 = 4.206 V
IR1″ = (V1 − VA)/R1 = (0 − 4.206)/15 = −0.2804 A

把电流的各个贡献相加

IR1 = IR1′ + IR1″ = 0.628 + (−0.2804) = 0.3477 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 = 0.3477²·15 = 1.813 W

答案

PR1 = 1.813 W

把各单独情况下的功率相加会得到 7.096 W,这是错误的。

8.叠加定理

答案: IR4 = −4.617 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​ = 10 ΩR2​ = 25 ΩR4​ = 15 Ω+−V1​24 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 ∥ 40 = 10.91 Ω
VA = 24·10.91/(10+10.91) = 12.52 V
VB = VA·R4/(R2+R4) = 12.52·15/40 = 4.696 V
IR4′ = (V2 − VB)/R4 = (0 − 4.696)/15 = −0.313 A
R1​ = 10 ΩR2​ = 25 ΩR4​ = 15 Ω短路R3​15 ΩAIs​6 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 = 6 Ω,所以左侧路径为 R2+6 = 31 Ω
Req = R4 ∥ 31 = 10.11 Ω
VB = Is·Req = 6·10.11 = 60.65 V
VA = VB·6/31 = 11.74 V
IR4″ = (V2 − VB)/R4 = (0 − 60.65)/15 = −4.043 A
R1​ = 10 ΩR2​ = 25 ΩR4​ = 15 Ω短路R3​15 ΩA开路B−+V2​12 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 = 10·15/(10+15) = 6 Ω
VB = V2·(R2+R1∥R3)/(R4+R2+R1∥R3) = (−12)·31/46 = −8.087 V
VA = VB·(R1∥R3)/(R2+R1∥R3) = −8.087·6/31 = −1.565 V
IR4‴ = (V2 − VB)/R4 = (−12 − −8.087)/15 = −0.2609 A

叠加各分量

IR4 = IR4′ + IR4″ + IR4‴
IR4 = (−0.313) + (−4.043) + (−0.2609) = −4.617 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 = 0.7042 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​ = 15 Ω短路R2​15 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 = 12·15/(12+15) = 6.667 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 6.667 + 15 = 21.67 Ω
R1​ = 12 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​30 VR2​15 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) = 30·15/(12+15) = 16.67 V
Rth​ = 21.67 Ω+−Vth​16.67 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) = 16.67/(21.67 + 2) = 0.7042 A
10.戴维南和诺顿

答案: IN = −2.115 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​ = 5 ΩR3​ = 6 Ω短路R2​15 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 = 5·15/(5+15) = 3.75 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 3.75 + 6 = 9.75 Ω
R1​ = 5 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​5 VR2​15 ΩAIs​2.5 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) = 3.75 + (−2.5)·3.75 = −5.625 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = −5.625 + (−2.5)·6 = −20.63 V
IN​2.115 ARth​9.75 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 = −20.63/9.75 = −2.115 A
11.运放电路

答案: Vout = −10.26 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₊ = −1.8 V
I = V₋/R1 = −1.8/1 = −1.8 mA

输出电压

流过 R₁ 的电流也流过 Rf。

Vout = V₋ + I·Rf = −1.8 + (−1.8)·4.7 = −10.26 V

答案

Vout = −10.26 V
12.运放电路

答案: Vout = 3.303 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 = −10/2 = −5
A2 = 1 + Rf2/R2 = 1 + 22/47 = 1.468

逐级计算

V1 = −5·(−0.45) = 2.25 V
Vout = 1.468·2.25 = 3.303 V

答案

Vout = 3.303 V
13.RC 和 RL 暂态

答案: vL = 0.9914 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 = 68 mH / 15 Ω = 4.533 ms
i(∞) = Vs/R = 9/15 = 0.6 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。

vL(t) = Vs·e−t/τ = 9·e−10/4.533 = 0.9914 V

答案

vL = 0.9914 V
14.RC 和 RL 暂态

答案: vC = 1.185 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。

电容的初始电压

稳态时电容相当于开路,所以 R₁ 和 R₂ 构成分压器。开关断开时电容电压不能突变。

vC(0) = 9·2.2/(1 + 2.2) = 6.188 V

开关断开后的时间常数

τ = R2·C = 2.2·22 = 48.4 ms

放电

vC(t) = 6.188·e−80/48.4 = 1.185 V

答案

vC = 1.185 V

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